This study was supported by a grant from Bruker Molecular Imaging (to WML) and from the NIH (Grant HL019982 to FJC).

<ol>
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여기에서 우리는 스트로크 유도, PET 영상 및 흰쥐에서 조직 손상의 표준화 된 뇌 부분 영역 측정을위한 세부 전략을 제시한다. 스트로크 효과가 치료가 매우 짧은 치료 시간에 따라 다릅니다으로 특히 행정의 영역에서 작은 동물 모델의 이미지는 유리하다. 여기에서 우리는 스트로크 중간 대뇌 동맥 폐색을 통해 유도 된 것을 특징으로 부상 - 재관류 모델을 제시하고, 영상은 해부학 적 기준에 대한 X 선 CT와 함께, PET와 FDG를 사용 하였다. 뇌의 서브 영역 내에서의 FDG 흡수 조직화 측정 PMOD 이미지 분석 소프트웨어 내의 래트 뇌에 VOI 템플릿 아틀라스의 정확한 매핑에 의해 가능하게되었다. FDG 비례 값은 다른 동물과 시간 (P) 사이의 글로벌 FDG PET 신호의 변화를 정상화하면서 손상의 직접적인 측정을 허용하는 대향 뇌 반구의 해당 서브 영역으로 나누어 회수하고oints. 이러한 측정은 일관 보여주는 동측 반구의 특정 영역에서 뇌 조직 당 흡수의 상당한 손실, 래트 뇌 스트로크의 예상 효과와 일치한다. 이 방법론은 허혈성 뇌졸중을 포함한 뇌 외상 많은 유형을 겪는 동물의 FDG PET 데이터 세트를 비교할 수있는 능력을 보강 할 수있는 잠재력을 갖는다. 볼륨을 표준화함으로써 뇌의 반구에 걸쳐 여러 동물에서 정량,이 방법은 감소 조직의 포도당 흡수의 일관된 측정을 생성합니다. D2 수용체 (11) C-raclopride이뿐만 아니라 (21)이 프로토콜을 사용할 수 있습니다처럼, 뇌 흡수와 다른 PET 추적자를합니다. 마지막으로, 우리는 세 가지 차원에서 높은 해부학 적 정확성과의 골격 내에서 쥐의 뇌에 허혈성 뇌졸중을 시각화하는 방법을 설명합니다. 뇌졸중에 의한 생리적 기능 장애는 영상이 비 침습적 방법, 일시적 또는 영구적 일 수 있기 때문에연구자들은 시간의 기간에 걸쳐 동일한 동물에서 뇌 손상을 평가할 수있다. 이 신경 학적으로 같은 동물에서 단기 및 장기 신경 학적 결손을 쥐 점수뿐만 아니라 평가하는 방법을 제공합니다. PMOD 소프트웨어의 템플릿 기능은 정밀도의 일정 금액 연구원은 부상 영역을 매핑하고 아마도 신경 학적 후유증과 행동 패턴에 상관 관계를 할 수 있습니다. 뇌의 하위 영역 뇌졸중 손상의 정확한 정량화를 들어, 키 단계는 PMOD 내에서 쥐의 뇌 아틀라스와 PET 데이터의 정렬입니다. 정렬 불일치는 허혈에 의해 영향을받는 뇌의 하위 영역의 잘못된 정량화 될 수 있습니다. 프로토콜 단계 4.1.7에서 설명 된 바와 같이, 그 PET 실험 데이터와 뇌 아틀라스 정렬을위한 랜드 마크로 harderian 분비를 사용하는 것이 가능하다. 부분 용적 효과 (PVE)는 이러한 유형의 분석 중에 관심사이며, 뇌 구조의 전체 해상도를 제한 할 것이다이미지를 만들 수 있습니다. 신호 스필 인접 볼륨 사이에서 발생할 수 있거나, 또는 그 자체 VOI 따라서 방법 (22)의 정량 정확도를 줄이는 악기의 해상도와 관련하여 너무 작을 수있다. 이러한 연구에서 사용 된 PET Albira 시스템은 세 개의 검출기가 장착 링과 1.5 mm (23)를 달성 한 고리 시스템으로부터 진화 대응 1.1 mm의 분해능을 얻을 수있다. Buvat와 동료는 PVE가, 3- 5.6-18.9 mm 3의 구형 볼륨에 해당하는 것 2 ~ 3 배 전체 폭 절반 최대 (FWHM)의 시스템 해상도보다 작은 직경으로 종양의 측정에 영향을 미칠 것입니다 있습니다 링 Albira. Casteels는 등. 최근 8mm 3보다 큰 볼륨이 1.1-1.3 mm 24의 범위의 해상도를 가진 현대 전임상 PET 스캐너에 대한 최소한의 부분적인 볼륨 영향을 미칠 것이라고 말했다. 쉬퍼 아틀라스주의 깊게 마음에 이러한 매개 변수로 구성, 5를 활용 한8 VOI를, 8mm 3 임계 값 아래의 13 가을. 이러한 권리를 VOI를하고, 내측 전두엽 피질의 왼쪽 반구 (6.3 mm 3, R / L)를 포함, 파 텍스 (7.6 mm 3, R / L), 우수한 둔덕 (7.1 mm 3, R / L) , VTA (5.5 mm 3, R / L), 열등한 둔덕 (5.7 mm 3, R / L), 뇌하수체 (5.9 mm 3)과 CB의 혈류 (5.1 mm 3). 또한, 전두엽 피질 (1.4 mm 3 R / L)의 측정은 작은 크기로 인해 PVE에 가장 민감 할 것이다. 해부학 크기 상응하는 증가가 큰 쥐 등 동물 연구는 마우스에 비해 안정적으로 정량화 될 수있다 뇌 서브 영역보다 많은 수를 가질 것이다. 그럼에도 불구하고,이 방법은 18 하위 영역으로 구성되어 PMOD에서 사용할 수있는 자신의 뇌지도 책이 쥐에서 뇌 영상에 적용 할 수있는PVE를 최소화하기위한 크기. 또한, PET를 사용하여 대안의 방법론을 이용하여 요구할 수있다 본 연구에서 설명 된 것보다 더 작은 뇌 영역의 동정을 행 하였다. 여기에 설명 된 방법은 살아있는 쥐의 뇌 하위 영역으로 분할 된 시간에 뇌 조직 손상의 조직화하고 효율적으로 정량화 할 수 있습니다. 허혈로 인한 손상은 예를 들어 여기에서 입증되지만 뇌 활동의 변화 부량 제시된 방법론은 래트 뇌에 영향을 미치는 다른 조건이 적용될 수있다. 결론적으로, 작은 동물의 FDG-PET-CT 데이터를 비 침습적이고 경제적 인 방식으로 획득 될 수 있고, 편리하게 정량적 방식으로 작은 동물 촬상에 사용될 수있다. PMOD 프로그램 쉬퍼 템플릿 도구를 이용하여, 뇌의 허혈 영역 묘사 및 PET 데이터를 측정 할 수있다. 이 developme에를 촉진 뇌허혈 후 강력한 뇌 구조 조정, 수리의 미래 연구를위한 도구 및 신경입니다장애인 뇌졸중 환자의 신경 치료의 NT. 이 비주얼은 또한 조직 손상은 별도의 영상 기에서 정렬 될 수 뇌 외상, 다른 경우의 평가에 특히 유용 할 것이다.

뇌졸중은 선진국에서 사망의 주요 원인 중 하나이며, 1 19 중 미국 (1)의 죽음에 대한 직접 책임이있다. 그러나, 이들의 87 %는 성격 5 허혈성 원인이되는 약 795,000 미국인들은 매년 뇌졸중이 발생할 것으로 추정되고있다. 허혈성 이벤트 기간 동안, 대뇌 피질의 신경 세포에 산소와 포도당의 지속적인 공급이 심각하게 영향을받는 뇌 영역에서 세포 기능 감소에 이르게 저산소 환경을 유도 손상된다. 스트로크의 심각도에 따른 뇌 혈류 및 글루코즈 흡수는 공간적 및 시간적으로 변화한다. 뇌졸중으로 인한 손상, 비 침습적 방법을 통해 같은 18 F-fluorodeoxyglucose (FDG) 양전자 방출 단층 촬영 (6)를 식별 할 수 있습니다. FDG는 2 &#39;위치에서 히드 록 실기가 18 F 동위 원소를 방출하는 양전자로 대체되었다 글루코오스 유사체이다. 18는 F이다 advant이 뇌에서 포도당 소모를 검출하는데 사용될 수 있도록 길고 110분 반감기로 인해 ageous. FDG PET은 조직이 8 높은 대사 활성을 나타내는, F가 높은 포도당 소비의 영역에 축적하는 경향이있다 (18)로 뇌 7 내 글루코오스 소비의 양적 고해상도지도를 생성합니다. 18 F 핵 빠르게 장비에 의해 탐지 감마선을 생산, 인근 전자와 함께 전멸 양전자를 방출, 베타 붕괴를 겪게된다. FDG PET 스캔은 이와 같은 개개의 시간 동안 뇌 활동의 변화를 연구 할 수있는 방법을 제공하고, 스캔 사이에서, 적어도 1018 F 반감기, 또는 약 18 시간과 같은 개별로 반복 될 수있다. 래트 등 전임상 동물 모델은 종종 스트로크의 효과 및 뇌졸중의 치료 효과를 평가하기 위해 사용된다. FDG PET 비 침습적이므로,이 측정하는데 사용될 수있다동물의 생리에 영향을주지 않고 시간이 지남에 따라 행정의 효과. 스트로크 이벤트 위치에 따라 뇌의 다른 영역은 영향을받을 수 있습니다. 그러나, 쥐와 같은 작은 동물로, 수동으로 정의하고 도전 할 수있는 쥐의 뇌의 특정 지역에서 활동을 정량화. 시간이 지남에 따라 쥐의 뇌의 특정 영역들에서 글루코스 대사 활성을 비교하기 위해, (VOI)의 정량 관심 볼륨 서술 일관되어야한다. 래트 뇌의 정확한 아틀라스이 문제를 완화 구하도록 개발되었으며, 임상전 FDG-PET 데이터의 정량화에 사용하기위한 디지털 형태로 변환되었다. 여기에서 우리는 일관되고 체계적인 방식으로 행정 조직의 손상을 분류하는 방법을 제시한다. 메소드는 스트로크의 영향 뇌의 특정 서브 - 영역을 정량 동물 모델에서 대뇌 허혈을 개시하기위한 수술 자세히, 뇌졸중 삼차원 정도의 시각화 및 위치를 생산적절한 기술과 도구를 사용하여 조직 손상. 이 연구에 기술 된 방법을 사용하여, 연구자들은 일관 쥐 대뇌 허혈을 개시 PET 이미징을 수행하고 시간의 스트로크 전임상 모델에서 정의 된 뇌 영역을 사용하여 FDG 흡수의 변화를 정량화 할 수있다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:71px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Albira PET SPECT CT</td>
			<td style="width:71px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>3D molecular imaging equipment</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Sprague Dawley Rats</td>
			<td style="width:71px;">Charles River Laboratories</td>
			<td align="right" style="width:119px;">400</td>
			<td>Animal Subjects</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">18-F-D-Glucose</td>
			<td style="width:71px;">Spectron</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>PET compound</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">micro clamp</td>
			<td style="width:71px;">FST</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>artery clamp</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">occluder #4037</td>
			<td style="width:71px;">Doccol Corp.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>surgical stroke induction</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

non-invasive imaging and analysis of cerebral ischemia in living rats using positron emission tomography with 18f-fdg

뇌졸중은 나이의 미국인 65 세 이상의 1 이전 중 세번째 사망 원인이다. 뇌졸중으로 고통 환자의 삶의 질은 급성 뇌졸중의 임상 치료의 현재 부족에 주로 기인 환자 2의 대다수에 정상으로 돌아 할 수 없습니다. 이것은 시간이 지남에 따라 뇌 조직에 뇌허혈 생리 학적 영향을 이해하고 필요로 활발한 연구의 중요한 분야이다. 이를 위해, 실험 진행은 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 영상 3,10,17과 함께 비 침습적 방법과 같은 18 F-fluorodeoxyglucose (FDG)를 사용하여, 특히, 뇌졸중에 대한 전임상 모델로 쥐를 사용하여 만들어졌다. 여기에 우리가와 X 선 컴퓨터 단층 촬영 (CT)과 결합 된 FDG-PET을 이용하여 24 시간에 걸쳐 그 효과를 인간 (MCAO) 중간 대뇌 동맥 폐쇄로 쥐 모방 국소 뇌허혈을 뇌허혈을 유도, 및 이미징을위한 전략을 제시 Albira PET-CT 악기. VOI 템플릿 아틀라스 이후 뇌와 하위 영역 (4)의 편견 분석 할 수 있도록 대뇌 쥐 데이터에 융합되었다. 또한, FDG-PET-CT 시간 코스의 3 차원 시각화하기위한 방법이 제시된다. 요약하면, 우리는 시작 정량화하고, FDG-PET을 사용하여 입체적으로 살아있는 스프 라그 - 돌리 쥐에서 유도 된 허혈성 뇌졸중 이벤트를 시각화에 대한 자세한 프로토콜을 제시한다.

원전 촬상 그 효과를 검출하도록 수행하여 뇌허혈은 중대 뇌동맥의 폐색을 통해 라이브 흰쥐에서 개시 하였다. 라이브 쥐 완전히 18 시간 내에 소멸 (18) F-FDG의 약 500 μCi를 독립적 주사와 스트로크 유도 전에 24 시간뿐만 아니라 1.5 시간 및 24 시간 후 허혈, 각각 몇 군데 있었다. 이 연구에 사용 된 세 개의 검출기 링 Albira 시스템은 500 μCi를 쥐에 대한 적절한 투여 량을, 9 %의 민감도를 가지고있다. PET와 X 선 CT 검사에 대한 대표 이미지 데이터는 각각 그림 1, 상단과 하단 행에 24 시간 사전에 쥐와 24 시간 후 재관류 시점에 대해 표시됩니다. 각 스캔에 대한 슬라이스 &amp; # 색깔 FDG-PET 데이터되게됩니다 가로 (패널 A와 E), 시상 (패널 B와 F), 코로나 (패널 C와 G)8220; 무지개 &quot;강도 규모, 그리고 그레이 스케일에서 CT에 입혔다. CT는 동물 두개골 내 PET 데이터의 해부학 적 공동 등록에 사용하고, 뇌 조직에는 radiodensity 변경이 이들 실험 동안 나타나지 않았다 유의. 24 시간에서 광범위한 조직 손상을 제안 동측 반구에 포도당 섭취의 급격한 감소로 인해 유도 된 허혈성 뇌졸중에 있었다. 오버레이 데이터의 3D 렌더링 그림 1D 및 H로 표시됩니다. 화면에 회전 할 때,이 렌더링 된 데이터는 FDG 섭취의 뇌졸중 유발 감소의 향상된 시각화를 제공합니다. 인해 시공간 방식 스트로크 대뇌 당 흡수의 변화를 정량화하기 위해, VOI 뇌 아틀라스 각 스캔 기준, 1.5 시간, 24 시간 (포스트 - 재관류) 스트로크를 미리 도포 하였다. 이는 W.과 함께 PMOD 소프트웨어 패키지를 사용하여 수행 하였다 쉬퍼 쥐의 뇌 템플릿 틀라의. 먼저, PMOD는 Reslicing 탭에서 이동 및 회전 툴을 사용 설명서를 통해 공동 등록 적절한 공간 지오메트리 래트 뇌 PET 데이터 세트의 각각을 형질 전환시켰다. 스케일 도구는 필요한 경우, 전체 뇌 크기를 조정하는 데 사용할 수 있습니다. 쉬퍼 아틀라스의 사용은 수동으로 뇌 공간에 VOI를 그리기 우수하지만, 부정확 한 뇌 융합에 의한 실험 오차가있을 수 있습니다. 따라서, 일부의 경우에 동물의 수의 증가는 통계적 유의성을 달성하기 위해 필요할 수있다. 다음으로, W. 쉬퍼 VOI 뇌지도 책이 자동으로 쥐의 뇌 (그림 2)의 정의 하위 지역 내에서 표준 흡수 단위로 FDG 축적을 측정하기 위해 적용되었다. 뇌 VOI 아틀라스 또한 상기 실험 데이터의 융합을 수동 최적화 표준 뇌 모델 반복적 방식으로 이용 될 수있다. 스토크 이벤트가 각 동물에 오른쪽 뇌 반구에 고립 된 바와 같이, 피해 t각각의 영역은 O 반대측 영역간 당 흡수 활성의 비율을 (도 2)를 계산하여 정량 하였다. 이러한 비율의 사용은 좌우 반구 사이의 편리한 정상화를 제공하고, 다른 PET 검사에 걸쳐 신호 세기 값을 비교하는 경우 발생할 수있는 가변성을 제거한다. 1.5 시간 포스트 행정에서, 18 F-FDG의 섭취는 허혈 영역에 영향을받지 않았다. 따라서, 양적 변화는 반대측과 동측 반구 (그림 3, 파란색과 녹색 막대) 사이의 포도당 흡수에 관찰되지 않았다. 이것은 셀룰러 10,11 ATP의 손실을 보상하기 때문에이 시점에서 조갑 허혈 영역 또는 증가 된 포도당의 대사에 의한 글루코스 흡수에 하이퍼 수 있었다. 그러나, 동측 반구의 특정 지역에서의 포도당 흡수에 유의 한 감소는 24 시간 후 재관류 (그림 3, 빨간색 막대)에 여러 동물 (N = 5)에서 관찰되었다. O 번째어 뇌 영역은 동측 반구에 거의 또는 전혀 손상을 표시. 특히, 지속적으로 감소 FDG의 섭취를 전시 동측 반구의 영역이었다 : 편도, 미상 피질, 청각, entorhinal, 편협한 로브, paracortex, 그리고 대뇌 피질의 감각 영역. 뇌졸중으로 인해 발생하는 대뇌 피질의 병변은 신경 세포의 연결 및 변경 기능지도의 손실과 연결되어 있습니다. 때문에 정신 병리,인지 기능 장애 (12)에 대한 행정지도에 편도의 구조 이상. 그것은이 영역의 외측 부분의 뇌 혈류가 중대 뇌동맥 폐색 (13)에 의해 공급되는 미상 - 피질 영역은 FDG 흡수에 대한 영향을받은 것은 놀라운 일이 아니다. 쥐 뇌의이 지역의 병리는 장애인 차별 학습,인지 적 처리, 비 운동 기능 (14)에 연결됩니다. FDG를 취할 수 없음 또한 entorhinal 피질에서 관찰되었다허혈성 반구의 측두엽에서 D 청각 피질. 2001 년, 데이비스 등. 쥐 entorhinal 피질 손상이 장애 감각 통합 및 영구 공간 학습 15 deificits에 이르게 보도했다. 청각 장애는 드물게 16 만, 인간의 행정에서 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나, 주요 청각 경로 중 하나입니다 열등한 둔덕에 의해 FDG의 섭취는 우리의 모델에서 뇌졸중에 의해 영향을받지 않았다. 이 MCAO에 의한 뇌졸중 쥐 인해 편협한 피질, 가난한 FDG 흡수 (17)을 보여 주었다 우리의 모델에서 지역 중 하나 경색에 에피네프린, 노르 에피네프린, 교감 신경 활동을 늘리는 것이 증명되었다. 이것은 심장 시스템에 영향을 미치는 자율 기능의 변화가 발생할 수 있습니다. 불량 FDG 흡수는 또한 frontoparietal 체성 감각 피질의 영역에서 관찰되었다. 이 영역의 허혈성 경색은 구조적 이상 및 시상 연결 손실을 야기하는 것으로보고되었다(18). 제한 FDG의 섭취는 저산소 허혈 (19)를 실시 쥐 신생아에보고, 손상된 안구 지배 소성으로 이어질 수있는 시각 피질에서 관찰되었다. 그러나, FDG 흡수가 뛰어난 둔덕 시각적 모터 안내 (20)에 관여하는 영역을 관찰되지 않았다 감소했다. 해마 영역에서 FDG의 섭취 또한, 공간 기억 및 탐색에 중요한 영역을 손상했다. 일관되게 그러한 우수한 열등 둔덕, 복측 피개 영역 (VTA)뿐만 아니라, 전뇌의 후각 망울 및 뿌리 깊은 시상로서 중뇌의 서브 영역의 폐색에 의해 영향을받지 않았다 것을 관찰 중간 경동맥 (그림 3). 종합하면, 이들 결과는 CT와 FDG-PET가 세로 형태로 래트에서 뇌허혈를 모니터링과, 재현 가능한, 비 침습성 영상화 전략을 제공한다는 것을 입증한다. <pFO 클래스 = &quot;jove_content&quot;유지 - together.within 페이지 = &quot;항상&quot;&gt; <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig1.jpg" /> 그림 1 :. 전에 쥐와 후 PET-CT 데이터는 뇌허혈 각 행은 각각의 횡 방향 (A, E), 져널 (B, F), 관상 (C, G)를 표시하고, 3 차원 (D, H) PET 렌더링 (; 바닥 또는 대뇌 허혈 유도 후 26 시간) (맨 윗줄)과 재관류 후 24 시간 전에 쥐 24 시간의 -ct 데이터. 흰색 화살표 인해 뇌졸중 손상을 감소 FDG 섭취의 위치를 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig2.jpg" /> 그림 2 : PMOD를 사용하여 W. 쉬퍼 쥐의 뇌지도 책과 정렬 PET 데이터의 FDG-PET 데이터.쥐 24 시간 재관류 후 (또는 26 시간 후 뇌허혈, 상단 행) 분석 (아랫 줄)에 대한 VOI 뇌 템플릿 아틀라스와 융합된다. 색상은 뇌 템플릿 아틀라스의 별도의 VOI를 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig3.jpg" /> . 그림 3 : 쥐 뇌에서 포도당 흡수 대표 정량 분석 섹션으로 W. 쉬퍼 쥐 뇌 아틀라스의 각 지역에서 표준 통풍 장치의 왼쪽 반구 FDG PET 신호에 권리의 비율은 허혈성 뇌졸중 이벤트 (사전하기 전에 촬영 검사에 대해보고; 파란색), 1.5 시간 (녹색), 24 시간 (적색) 후 재관류 (또는 26 시간 후 - 재관류). 오차 막대는 각각의 시점에서, N = 5 래트 뇌 스트로크 이벤트의 표준 오차를 나타낸다. ** P ≤ 0.01, * P≤ 0.05 (쌍 t- 검정). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51495/51495fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/51495/51495fig4.jpg" /> 그림 4 :. MCAO 수술의 그림 빨간색 선은 외부 경동맥에 삽입 occluder에입니다. 파란색 타원은 뇌의 영역을 나타냅니다.

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Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

과 양전자 방출 단층 촬영을 이용하여 비 침습적 영상 및 뇌허혈의 분석 생활 쥐<sup&gt; (18)</sup&gt; F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

13.7K 조회수.  University of Notre Dame. Brain damage resulting from cerebral ischemia may be non-invasively imaged and studied in rats using pre-clinical positron emission tomography coupled with the injectable radioactive probe, 18F-fluorodeoxyglucose. Further, the use of modern software tools that include volume of interest (VOI) brain templates dramatically increase the quantitative information gleaned from these studies.

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Basic Surgical Techniques in the G&ouml;ttingen Minipig: Intubation, Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion

The emergence of the G&ouml;ttingen minipig in research of topics such as neuroscience, toxicology, diabetes, obesity, and experimental surgery reflects the close resemblance of these animals to human anatomy and physiology 1-6.The size of the G&ouml;ttingen minipig permits the use of surgical equipment and advanced imaging modalities similar to those used in humans 6-8. The aim of this instructional video is to increase the awareness on the value of minipigs in biomedical research, by demonstrating how to perform tracheal intubation, transurethral bladder catheterization, femoral artery and vein catheterization, as well as transcardial perfusion. 
Endotracheal Intubation should be performed whenever a minipig undergoes general anesthesia, because it maintains a patent airway, permits assisted ventilation and protects the airways from aspirates. Transurethral bladder catheterization can provide useful information about about hydration state as well as renal and cardiovascular function during long surgical procedures. Furthermore, urinary catheterization can prevent contamination of delicate medico-technical equipment and painful bladder extension which may harm the animal and unnecessarily influence the experiment due to increased vagal tone and altered physiological parameters. Arterial and venous catheterization is useful for obtaining repeated blood samples and monitoring various physiological parameters. Catheterization of femoral vessels is preferable to catheterization of the neck vessels for ease of access, when performing experiments involving frame-based stereotaxic neurosurgery and brain imaging. When performing vessel catheterization in survival studies, strict aseptic technique must be employed to avoid infections6. Transcardial perfusion is the most effective fixation method, and yields preeminent results when preparing minipig organs for histology and histochemistry2,9. For more information about anesthesia, surgery and experimental techniques in swine in general we refer to Swindle 2007. Supplementary information about premedication and induction of anesthesia, assisted ventilation, analgesia, pre- and postoperative care of G&ouml;ttingen minipigs are available via the internet at <a href="http://www.minipigs.com">http://www.minipigs.com</a>10. For extensive information about porcine anatomy we refer to Nickel et al. Vol. 1-511.

Basic Surgical Techniques in the G&amp;#246;ttingen Minipig: Intubation, Bladder Catheterization, Femoral Vessel Catheterization, and Transcardial Perfusion

The use of domestic and miniature pigs in science has increased significantly in recent years. By demonstrating how to perform intubation, transurethral bladder catheterization, femoral artery and vein catheterization, as well as transcardial perfusion, we aim to further increase the value of G&ouml;ttingen minipigs in biomedical research.

괴팅겐 Minipig의 기본 외과 기술 : 삽관법, 방광의 Catheterization, 대퇴 선박 Catheterization, 그리고 Transcardial 재관류

The emergence of the G&ouml;ttingen minipig in research of topics such as neuroscience, toxicology, diabetes, obesity, and experimental surgery reflects ...

연구

의학

Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography (FDG-PET/CT)

Conventional non-invasive imaging modalities of atherosclerosis such as coronary artery calcium (CAC)1 and carotid intimal medial thickness (C-IMT)2 provide information about the burden of disease. However, despite multiple validation studies of CAC3-5, and C-IMT2,6, these modalities do not accurately assess plaque characteristics7,8, and the composition and inflammatory state of the plaque determine its stability and, therefore, the risk of clinical events9-13.
[18F]-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose (FDG) imaging using positron-emission tomography (PET)/computed tomography (CT) has been extensively studied in oncologic metabolism14,15. Studies using animal models and immunohistochemistry in humans show that FDG-PET/CT is exquisitely sensitive for detecting macrophage activity16, an important source of cellular inflammation in vessel walls. More recently, we17,18 and others have shown that FDG-PET/CT enables highly precise, novel measurements of inflammatory activity of activity of atherosclerotic plaques in large and medium-sized arteries9,16,19,20. FDG-PET/CT studies have many advantages over other imaging modalities: 1) high contrast resolution; 2) quantification of plaque volume and metabolic activity allowing for multi-modal atherosclerotic plaque quantification; 3) dynamic, real-time, in vivo imaging; 4) minimal operator dependence. Finally, vascular inflammation detected by FDG-PET/CT has been shown to predict cardiovascular (CV) events independent of traditional risk factors21,22 and is also highly associated with overall burden of atherosclerosis23. Plaque activity by FDG-PET/CT is modulated by known beneficial CV interventions such as short term (12 week) statin therapy24 as well as longer term therapeutic lifestyle changes (16 months)25.
The current methodology for quantification of FDG uptake in atherosclerotic plaque involves measurement of the standardized uptake value (SUV) of an artery of interest and of the venous blood pool in order to calculate a target to background ratio (TBR), which is calculated by dividing the arterial SUV by the venous blood pool SUV. This method has shown to represent a stable, reproducible phenotype over time, has a high sensitivity for detection of vascular inflammation, and also has high inter-and intra-reader reliability26. Here we present our methodology for patient preparation, image acquisition, and quantification of atherosclerotic plaque activity and vascular inflammation using SUV, TBR, and a global parameter called the metabolic volumetric product (MVP). These approaches may be applied to assess vascular inflammation in various study samples of interest in a consistent fashion as we have shown in several prior publications.9,20,27,28

Quantification of Atherosclerotic Plaque Activity and Vascular Inflammation using [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emission Tomography/Computed Tomography FDG-PET/CT

There is great need to identify atherosclerosis non-invasively, and here we demonstrate how FDG-PET/CT can be used to detect and quantify atherosclerotic plaque activity and vascular inflammation.

Atherosclerotic 플라크 현황 및 혈관 염증의 부량 사용하여 [을 18-F] Fluorodeoxyglucose 양전자 방출 Tomography / 계산된 Tomography (FDG-PET/CT)

Conventional non-invasive imaging modalities of atherosclerosis such as coronary artery calcium (CAC)1 and carotid intimal medial thickness (C-IMT)2 ...

Non-invasive Imaging of Acute Allograft Rejection after Rat Renal Transplantation Using 18F-FDG PET

The number of patients with end-stage renal disease, and the number of kidney allograft recipients continuously increases. Episodes of acute cellular allograft rejection (AR) are a negative prognostic factor for long-term allograft survival, and its timely diagnosis is crucial for allograft function 1. At present, AR can only be definitely diagnosed by core-needle biopsy, which, as an invasive method, bares significant risk of graft injury or even loss. Moreover, biopsies are not feasible in patients taking anticoagulant drugs and the limited sampling site of this technique may result in false negative results if the AR is focal or patchy. As a consequence, this gave rise to an ongoing search for new AR detection methods, which often has to be done in animals including the use of various transplantation models.
Since the early 60s rat renal transplantation is a well-established experimental method for the examination and analysis of AR 2. We herein present in addition small animal positron emission tomography (PET) using 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) to assess AR in an allogeneic uninephrectomized rat renal transplantation model and propose graft FDG-PET imaging as a new option for a non-invasive, specific and early diagnosis of AR also for the human situation 3. Further, this method can be applied for follow-up to improve monitoring of transplant rejection 4.

Non-invasive Imaging of Acute Allograft Rejection after Rat Renal Transplantation Using 18F-FDG PET

We herein present a rat renal transplantation model to non-invasively assess acute allograft rejection using positron emission tomography with 18F-fluorodeoxyglucose.

쥐 신장 이식 후 급성 동종 이식 거부의 비 침습 이미징 사용<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG PET

The number of patients with end-stage renal  disease, and the number of kidney allograft recipients continuously increases.  Episodes of acute cellular ...

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can accurately screen for brain injury, monitor injury evolution, or assess response to therapy. The energy used by neurons is derived largely from tissue oxidative metabolism, and neural hyperactivity and cell death are reflected by corresponding changes in cerebral oxygen metabolism (CMRO2). Thus, measures of CMRO2 are reflective of neuronal viability and provide critical diagnostic information, making CMRO2 an ideal target for bedside measurement of brain health.
Brain-imaging techniques such as positron emission tomography (PET) and single-photon emission computed tomography (SPECT) yield measures of cerebral glucose and oxygen metabolism, but these techniques require the administration of radionucleotides, so they are used in only the most acute cases.
Continuous-wave near-infrared spectroscopy (CWNIRS) provides non-invasive and non-ionizing radiation measures of hemoglobin oxygen saturation (SO2) as a surrogate for cerebral oxygen consumption. However, SO2 is less than ideal as a surrogate for cerebral oxygen metabolism as it is influenced by both oxygen delivery and consumption. Furthermore, measurements of SO2 are not sensitive enough to detect brain injury hours after the insult 1,2, because oxygen consumption and delivery reach equilibrium after acute transients 3. We investigated the possibility of using more sophisticated NIRS optical methods to quantify cerebral oxygen metabolism at the bedside in healthy and brain-injured newborns. More specifically, we combined the frequency-domain NIRS (FDNIRS) measure of SO2 with the diffuse correlation spectroscopy (DCS) measure of blood flow index (CBFi) to yield an index of CMRO2 (CMRO2i) 4,5.
With the combined FDNIRS/DCS system we are able to quantify cerebral metabolism and hemodynamics. This represents an improvement over CWNIRS for detecting brain health, brain development, and response to therapy in neonates. Moreover, this method adheres to all neonatal intensive care unit (NICU) policies on infection control and institutional policies on laser safety. Future work will seek to integrate the two instruments to reduce acquisition time at the bedside and to implement real-time feedback on data quality to reduce the rate of data rejection.

We combined frequency-domain near-infrared spectroscopy measures of cerebral hemoglobin oxygenation with diffuse correlation spectroscopy measures of cerebral blood flow index to estimate an index of oxygen metabolism. We tested the utility of this measure as a bedside screening tool to evaluate the health and development of the newborn brain.

유아의 뇌 신진 대사와 혈류 역학의 비 침습적 광학 측정

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images

Reliably differentiating brown adipose tissue (BAT) from other tissues using a non-invasive imaging method is an important step toward studying BAT in humans. Detecting BAT is typically confirmed by the uptake of the injected radioactive tracer 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) into adipose tissue depots, as measured by positron emission tomography/computed tomography (PET-CT) scans after exposing the subject to cold stimulus. Fat-water separated magnetic resonance imaging (MRI) has the ability to distinguish BAT without the use of a radioactive tracer. To date, MRI of BAT in adult humans has not been co-registered with cold-activated PET-CT. Therefore, this protocol uses 18F-FDG PET-CT scans to automatically generate a BAT mask, which is then applied to co-registered MRI scans of the same subject. This approach enables measurement of quantitative MRI properties of BAT without manual segmentation. BAT masks are created from two PET-CT scans: after exposure for 2 hr to either thermoneutral (TN) (24 &#176;C) or cold-activated (CA) (17 &#176;C) conditions. The TN and CA PET-CT scans are registered, and the PET standardized uptake and CT Hounsfield values are used to create a mask containing only BAT. CA and TN MRI scans are also acquired on the same subject and registered to the PET-CT scans in order to establish quantitative MRI properties within the automatically defined BAT mask. An advantage of this approach is that the segmentation is completely automated and is based on widely accepted methods for identification of activated BAT (PET-CT). The quantitative MRI properties of BAT established using this protocol can serve as the basis for an MRI-only BAT examination that avoids the radiation associated with PET-CT.

The method presented here uses 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) positron emission tomography/computed tomography (PET-CT) and fat-water separated magnetic resonance imaging (MRI), each scanned following 2 hr exposure to thermoneutral (24 &#176;C) and cold conditions (17 &#176;C) in order to map brown adipose tissue (BAT) in adult human subjects.

인간의 갈색 지방 조직의 종점은 자동으로 양전자 방출 단층 촬영 / 전산화 단층 촬영 분단과 자기 공명 이미지 등록

Reliably differentiating brown adipose tissue (BAT) from other tissues using a non-invasive imaging method is an important step toward studying BAT in ...

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics disturbance in affected cells. Diffusion weighted magnetic resonance imaging (MRI) identifies regions that are damaged, potentially irreversibly, by hypoxia-ischemia. Alterations in glucose utilization in the affected tissue may be detectable by positron emission tomography (PET) imaging of 2-deoxy-2-(18F)fluoro-&#7429;-glucose ([18F]FDG) uptake. Due to the rapid and variable nature of injury in this animal model, acquisition of both modes of data must be performed simultaneously in order to meaningfully correlate PET and MRI data. In addition, inter-animal variability in the hypoxic-ischemic injury due to vascular differences limits the ability to analyze multi-modal data and observe changes to a group-wise approach if data is not acquired simultaneously in individual subjects. The method presented here allows one to acquire both diffusion-weighted MRI and [18F]FDG uptake data in the same animal before, during, and after the hypoxic challenge in order to interrogate immediate physiological changes.

The method presented here uses simultaneous positron emission tomography and magnetic resonance imaging. In the cerebral hypoxia-ischemia model, dynamic changes in diffusion and glucose metabolism occur during and after injury. The evolving and irreproducible damage in this model necessitates simultaneous acquisition if meaningful multi-modal imaging data are to be acquired.

마우스 대뇌 저산소증 - 허혈 동안 동시 PET / MRI 영상

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

Performing Permanent Distal Middle Cerebral with Common Carotid Artery Occlusion in Aged Rats to Study Cortical Ischemia with Sustained Disability

Stroke typically occurs in elderly people with a range of comorbidities including carotid (or other arterial) atherosclerosis, high blood pressure, obesity and diabetes. Accordingly, when evaluating therapies for stroke in animals, it is important to select a model with excellent face validity. Ischemic stroke accounts for 80% of all strokes, and the majority of these occur in the territory of the middle cerebral artery (MCA), often inducing infarcts that affect the sensorimotor cortex, causing persistent plegia or paresis on the contralateral side of the body. We demonstrate in this video a method for producing ischemic stroke in elderly rats, which causes sustained sensorimotor disability and substantial cortical infarcts. Specifically, we induce permanent distal middle cerebral artery occlusion (MCAO) in elderly female rats by using diathermy forceps to occlude a short segment of this artery. The carotid artery on the ipsilateral side to the lesion was then permanently occluded and the contralateral carotid artery was transiently occluded for 60 min. We measure the infarct size using structural T2-weighted magnetic resonance imaging (MRI) at 24 hr and 8 weeks after stroke. In this study, the mean infarct volume was 4.5% &#177; 2.0% (standard deviation) of the ipsilateral hemisphere at 24 hr (corrected for brain swelling using Gerriet&#8217;s equation, n = 5). This model is feasible and clinically relevant as it permits the induction of sustained sensorimotor deficits, which is important for the elucidation of pathophysiological mechanisms and novel treatments.

Here we present a protocol to produce permanent distal middle cerebral artery occlusion in elderly female rats with simultaneous occlusion of the carotid arteries to generate large cortical infarcts and sustained deficits. We show confirmation of the lesion size using structural MRI at 24 hr and 8 weeks after stroke.

세 쥐의 경동맥 폐색으로 영구 말초 중간 대뇌을 수행하면 두피 허혈 지속적인 장애를 연구하는

Stroke typically occurs in elderly people with a range of comorbidities including carotid (or other arterial) atherosclerosis, high blood pressure, ...

Modeling Encephalopathy of Prematurity Using Prenatal Hypoxia-ischemia with Intra-amniotic Lipopolysaccharide in Rats

Encephalopathy of prematurity (EoP) is a term that encompasses the central nervous system (CNS) abnormalities associated with preterm birth. To best advance translational objectives and uncover new therapeutic strategies for brain injury associated with preterm birth, preclinical models of EoP must include similar mechanisms of prenatal global injury observed in humans and involve multiple components of the maternal-placental-fetal system. Ideally, models should produce a similar spectrum of functional deficits in the mature animal and recapitulate multiple aspects of the pathophysiology. To mimic human systemic placental perfusion defects, placental underperfusion and/or chorioamnionitis associated with pathogen-induced inflammation in early preterm birth, we developed a model of prenatal transient systemic hypoxia-ischemia (TSHI) combined with intra-amniotic lipopolysaccharide (LPS). In pregnant Sprague Dawley rats, TSHI via uterine artery occlusion on embryonic day 18 (E18) induces a graded placental underperfusion defect associated with increasing CNS damage in the fetus. When combined with intra-amniotic LPS injections, placental inflammation is increased and CNS damage is compounded with associated white matter, gait and imaging abnormalities. Prenatal TSHI and TSHI+LPS prenatal insults meet several of the criteria of an EoP model including recapitulating the intrauterine insult, causing loss of neurons, oligodendrocytes and axons, loss of subplate, and functional deficits in adult animals that mimic those observed in children born extremely preterm. Moreover, this model allows for the dissection of inflammation induced by divergent injury types.

Encephalopathy of prematurity encompasses the central nervous system abnormalities associated with injury from preterm birth. This report describes a clinically relevant rat model of in utero transient systemic hypoxia-ischemia and intra-amniotic lipopolysaccharide administration (LPS) that mimics chorioamnionitis, and the related impact of infectious stimuli and placental underperfusion on CNS development.

미숙아의 모델링 뇌증은 흰쥐의 내부 - 양수 리포 폴리 사카 라이드와 태아 저산소증 - 허혈을 사용하여

Encephalopathy of prematurity (EoP) is a term that encompasses the central nervous system (CNS) abnormalities associated with preterm birth. To best ...

Determining Glucose Metabolism Kinetics Using 18F-FDG Micro-PET/CT

This paper describes the use of 18F-FDG and micro-PET/CT imaging to determine in vivo glucose metabolism kinetics in mice (and is transferable to rats). Impaired uptake and metabolism of glucose in multiple organ systems due to insulin resistance is a hallmark of type 2 diabetes. The ability of this technique to extract an image-derived input function from the vena cava using an iterative deconvolution method eliminates the requirement of the collection of arterial blood samples. Fitting of tissue and vena cava time activity curves to a two-tissue, three compartment model permits the estimation of kinetic micro-parameters related to the 18F-FDG uptake from the plasma to the intracellular space, the rate of transport from intracellular space to plasma and the rate of 18F-FDG phosphorylation. This methodology allows for multiple measures of glucose uptake and metabolism kinetics in the context of longitudinal studies and also provides insights into the efficacy of therapeutic interventions.

Determining Glucose Metabolism Kinetics Using 18F-FDG Micro-PET/CT

This study describes a protocol that uses 18F-FDG and positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) imaging, together with kinetic modelling, to quantify the in vivo, real-time uptake of 18F-FDG into tissues.

사용 포도당 대사 속도론 결정<sup&gt; (18)</sup&gt; F-FDG 마이크로 PET / CT

This paper describes the use of 18F-FDG and micro-PET/CT imaging to determine in vivo glucose metabolism kinetics in mice (and is transferable to rats). ...

Whole Body and Regional Quantification of Active Human Brown Adipose Tissue Using 18F-FDG PET/CT

In endothermic animals, brown adipose tissue (BAT) is activated to produce heat for defending body temperature in response to cold. BAT&#39;s ability to expend energy has made it a potential target for novel therapies to ameliorate obesity and associated metabolic disorders in humans. Though this tissue has been well studied in small animals, BAT&#39;s thermogenic capacity in humans remains largely unknown due to the difficulties of measuring its volume, activity, and distribution. Identifying and quantifying active human BAT is commonly performed using 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) positron emission tomography and computed tomography (PET/CT) scans following cold-exposure or pharmacological activation. Here we describe a detailed image-analysis approach to quantify total-body human BAT from 18F-FDG PET/CT scans using an open-source software. We demonstrate the drawing of user-specified regions of interest to identify metabolically active adipose tissue while avoiding common non-BAT tissues, to measure BAT volume and activity, and to further characterize its anatomical distribution. Although this rigorous approach is time-consuming, we believe it will ultimately provide a foundation to develop future automated BAT quantification algorithms.

Whole Body and Regional Quantification of Active Human Brown Adipose Tissue Using 18F-FDG PET/CT

Using free, open-source software, we have developed an analytical approach to quantify total and regional brown adipose tissue (BAT) volume and metabolic activity of BAT using 18F-FDG PET/CT.

In endothermic animals, brown adipose tissue (BAT) is activated to produce heat for defending body temperature in response to cold. BAT&#39;s ability to ...