Name: human brown adipose tissue depots automatically segmented by positron emission tomography/computed tomography and registered magnetic resonance images
Uploaded: 2015-02-18T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images at JoVE

We would like to thank the Vanderbilt University Institute of Imaging Science MRI technologists David Pennell, Leslie McIntosh, and Kristen George-Durrett, and the team of Vanderbilt University Medical Center PET/CT technologists led by Martha D. Shone. This work was supported by the following grants from the NIH: NCATS/NIH UL1 RR024975, NIDDK/NIH R21DK096282, NCI/NIH R25CA136440, and NIBIB/NIH T32EB014841.

BEMÆRK: lokale etiske udvalg af dette institut godkendt denne undersøgelse, og alle fag forudsat skriftligt informeret samtykke før deltagelse. For at være berettiget til undersøgelsen, skal fag opfylde følgende krav: Ingen kendte diabetes mellitus; ingen brug af betablokkere eller angst medicin, i øjeblikket eller tidligere; ikke røg eller tygge tobaksvarer, i øjeblikket eller tidligere; ikke mere end 4 kopper koffein hver dag; ikke mere end 2 glas alkohol hver dag; og hvis hun ikke er gravid eller ammer. <br ...

Den beskrevne undersøgelse protokollen er designet til at bruge både termoneutrale og kulde-aktiverede PET / CT til automatisk segmentere BAT depoter på et emne specifikt grundlag. Disse automatisk genererede områder af interesse kan derefter anvendes på både termoneutrale og kolde aktiveret MR-scanninger, der er blevet co-registreret til PET / CT-scanninger af det samme emne. Så vidt vi ved, er dette den første forskning for at udføre både MR og PET / CT efter termoneutrale og kulde-aktiverede betingelser på...

På grund af den markante stigning i fedme på verdensplan, er der en øget interesse i forskningsområder der tager sigte på at forstå energibalance. Fedme kan føre til dyre og ødelæggende medicinske tilstande som diabetes, leversygdom, hjerte-kar-sygdomme og kræft, hvilket gør det en betydelig problemområde for folkesundheden 1. Et område af forskning med henblik på at forstå balancen i energiindtag versus energiforbrug er studiet af brunt fedtvæv eller BAT. Selv betegnes en fedtvæv, BAT afviger fra den mere almindelige hvide fedtvæv (WAT) på mange måder 2. Funktionen af ​​hvide adipocytter er at lagre triglycerider i en enkelt stor lipid vacuole per celle, og at frigive disse triglycerider som en kilde til energi i blodstrømmen, når det er nødvendigt. I en helt anden måde, funktionen af ​​brune adipocyter er at producere varme. En mekanisme, ved hvilken dette sker ved udsættelse for kulde. Dette forårsager en stigning i sympathetic nervesystem aktivitet, hvilket igen aktiverer BAT. Når den er aktiveret, brune adipocytter generere varme. For at gøre det, de bruger triglyceriderne i de mange små lipidvakuoler per celle, og gennem tilstedeværelsen af ​​frakobling protein 1 (UCP1) i rigelige mitokondrier, konvertere triglycerider til metaboliske substrater uden produktionen af ​​ATP, hvilket resulterer i entropisk tab som varmeudvikling. Som triglycerider lagret i små lipidvakuoler decimeres fedtcellerne optager både glucose og triglycerider til stede i blodet 3. Interessen for at studere BAT steget dramatisk i de senere år på grund af sit bidrag til ikke-skælven termogenese, dens rolle i at modulere kroppens energi udgifter, og den potentielle omvendt forhold mellem BAT og fedme 3-9. Derudover seneste dyreforsøg tyder BAT spiller en afgørende rolle i opklaringen triglycerider og glukose from blodet, især efter indtagelse af et fedtrigt måltid 10,11. Men de fleste af hvad vi ved om BAT er et resultat af forskning i små pattedyr, som indeholder mange depoter af BAT 4,9,12 - 15. Uanset et par tidlige undersøgelser 16-18, blev tilstedeværelsen af BAT i mennesker almindeligt menes at falde med alderen, indtil for nylig, da interessen for forskning i menneskers BAT er blevet fornyet. Nyere forskning tyder på, at relativt små mængder af BAT fortsætter ind i voksenalderen 19-24. En yderligere begrænsende faktor til at studere BAT er, at bortset fra biopsi og histologisk farvning, den nuværende accepterede utvetydig metode til påvisning af BAT 18 F-fluordeoxyglucose (18 F-FDG) positronemissionstomografi (PET). Moderne PET-scannere er typisk kombineret med en computertomografi (CT) scanner. Ved aktivering af kold eksponering, BAT fylder 18 </sup&gt; F-FDG radiotracer, hvilket er en metabolisk analog af glukose, og bliver synlig på PET billeder, i forhold til det meget lavere niveau på 18 F-FDG optagelse, når BAT er inaktiv 20,21,23,25. CT-billeder, der er erhvervet i løbet af en PET-eksamen på en PET-CT-scanner med til at skelne mellem væv med høj 18 F-FDG optagelse ved at give anatomiske oplysninger. Denne anvendelse af PET-CT billeddannelse udsætter genstand for ioniserende stråling (overvejende fra PET, selvom dosen af ​​CT-scanning ikke er ubetydelig), og er derfor en uønsket fremgangsmåde til BAT detektion. Selv om antallet af undersøgelser af BAT hos raske voksne mennesker er stigende, har nylige undersøgelser af human BAT hovedsagelig været begrænset til retrospektiv PET-CT-undersøgelser 19,25, spædbarn kadavere 26,27, menneskelige unge, der allerede er blevet optaget til hospitaler for menneskerettighederne andre grunde 27-30, og et par humane studier af raske voksne31-35. En af udfordringerne med både studier af børn og retrospektive studier er muligheden for ændrede resultater, når studere en patientpopulation, der er syg, hvilket kan påvirke BAT. Desuden, fordi glukose er ikke den foretrukne brændstof kilde til BAT 36, PET-undersøgelser ikke altid afsløre aktiveret BAT, og derfor kan underrepresent tilstedeværelsen af BAT. En anden vanskelighed i at studere BAT med biomedicinsk billeddannelse er relateret til udførelse af billedet segmentering til at definere grænserne for væv depoter. I øjeblikket segmentering af BAT i humane undersøgelser ofte stoler på en vis grad af manuel billede segmentering og er derfor sårbar over for fejlagtig identifikation af BAT depoter samt inter-rater variabilitet. På grund af disse udfordringer, pålidelig rumlige teknikker kortlægning, der kan skelne BAT fra Wat distributioner, sammen med automatiserede segmentering metoder ville give efterforskerne med en kraftfuld ny tilol med at studere BAT. Magnetisk resonans imaging (MRI) har kapacitet til identifikation, fysisk kortlægning, og volumetrisk kvantificering af BAT, og i modsætning til de eksisterende hybride PET-CT billedteknik, der omfatter en radioaktiv dosis for det afbildede emne, MRI indebærer nogen ioniserende stråling og kan anvendes sikkert og gentagne gange. Evnen til at identificere og kvantificere BAT med MRI kan have en dramatisk positiv effekt på klinisk endokrinologi og udøvelse af nye veje i fedme forskning. Forrige fedt-vand MRI (FWMRI) undersøgelser af BAT i både mus og mennesker viser, at fedt-signal-fraktion (FSF) i BAT er i intervallet 40-80% fedt, mens WAT er over 90% fedt 15,26 27. Vi har derfor hypotesen, at dette kvantitative FWMRI metrisk, i forbindelse med andre kvantitative MRI målinger kan anvendes i det fremtidige arbejde for at visualisere og kvantificere BAT depoter i mennesker. Dette vil give forskersamfundet med et kraftfuldt redskab til at studere BAT indflydelse på opfyldtabolism og energiforbrug uden brug af ioniserende stråling. Vores forskergruppe har studeret BAT i voksne mennesker for de seneste tre år. Vores første offentlige præsentation om brug af MRI til at undersøge mistanke om BAT i én voksen menneske fandt sted i februar 2012 i International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM) Fat-vand separation Workshop i Long Beach, Californien 37. To måneder senere, vores gruppe præsenterede FSF værdier mistanke BAT i to voksne på 20 th årsmøde ISMRM i april 2012 i Melbourne, Australien 38. Et år senere på det 21. årlige møde i ISMRM i April 2013 i Salt Lake City i Utah, blev protokollen beskrevet i dette manuskript, der anvendes til den første (til vores bedste viden) offentlig præsentation af MRI kvantificering af PET-bekræftet BAT hos voksne forsøgspersoner 39. Konkret vi præsenterede beviser for, at previously mistanke BAT blev bekræftet at være aktiverbar BAT anvendelse af både kold-aktiveret og termoneutrale 18 F-FDG PET-CT scanning. Siden 2013 vores kohorte af raske voksne forsøgspersoner afbildet med både MR og PET / CT under termoneutrale og kolde-aktiverede betingelser er vokset til mere end 20 personer med resultater senest fra februar 2014 workshoppen &quot;Exploring the rolle Brown Fat i mennesker &quot;sponsoreret af NIH NIDDK 40. Konkret har vi rapporteret FWMRI FSF og R2 * afslapning egenskaber i regioner af supraclavicular BAT bekræftet af 18 F-FDG PET-CT i voksne mennesker, med BAT ROIs afgrænset ved hjælp af automatiserede segmentering algoritmer baseret på den kolde-aktiveret og termoneutrale PET-CT scanninger. Senest vi fremlagde resultaterne af temperatur kortlægning i 18 F-FDG PET-CT bekræftede BAT i voksne mennesker ved hjælp af avancerede FWMRI termometri 41,42. Proceduren præsenteres her erhverves både MRI og 18 F-FDG PET-CT-scanninger om samme emne, hver efter udsættelse for både kolde-aktiverede og termoneutrale forhold. De kolde-aktiveret og termoneutrale 18 F-FDG PET-CT-scanninger bruges til at skabe automatisk segmenterede BAT områder af interesse (ROIs), på et emne specifikt grundlag. Disse BAT ROIs påføres derefter de co-registreret MR-scanninger til at måle MRI egenskaber i PET-CT bekræftede BAT. En begrænsning af denne protokol er, at lufttemperaturen bruges, når udsætte forsøgspersoner til enten varmt eller koldt stimulus er konsistent for hvert emne. Dette er en begrænsning, fordi den temperatur, hvor hvert emne erfaringer varmefølelse eller kølet, kan være forskellige. Derfor, ved at køre en prøve session, hvor lufttemperaturen er tilpasses den enkeltes respons og derefter bruge disse temperaturer under termoneutrale og kulde-aktivering protokoller, kunne det være muligt at opnå bedre svarfra brunt fedtvæv.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1130">
	<tbody>
		<tr height="100">
			<td height="100" style="height:100px;width:363px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:392px;">Company</td>
			<td style="width:375px;">Catalog Number</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">MRI</td>
			<td style="width:392px;">Philips</td>
			<td style="width:375px;">Achieva 3T</td>
		</tr>
		<tr height="68">
			<td height="68" style="height:68px;width:363px;">MRI Torso-XL coil</td>
			<td style="width:392px;">Philips</td>
			<td style="width:375px;">Philips SENSE XL Torso coil 16-elements</td>
		</tr>
		<tr height="68">
			<td height="68" style="height:68px;width:363px;">MRI X-tend Table</td>
			<td style="width:392px;">X-Tend</td>
			<td style="width:375px;">X-tend table, Acieva 3T compatible</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:363px;">X-tend armsupport</td>
			<td style="width:392px;">X-Tend</td>
			<td style="width:375px;">X-tend, accessories</td>
		</tr>
		<tr height="34">
			<td height="34" style="height:34px;width:363px;">X-tend fabricsling</td>
			<td style="width:392px;">X-Tend</td>
			<td style="width:375px;">X-tend, accessories</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">PET/CT</td>
			<td style="width:392px;">GE</td>
			<td style="width:375px;">Discovery STE</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Portable A/C Unit</td>
			<td style="width:392px;">Soleus Air</td>
			<td style="width:375px;">XL-140, 14000 BTU</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Floor fan</td>
			<td style="width:392px;">Lasko Pedestal Fan</td>
			<td style="width:375px;">2527</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Portable Heater</td>
			<td style="width:392px;">Lasko Ceramic Air</td>
			<td style="width:375px;">5536</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Chair</td>
			<td style="width:392px;">Winco Lifecare Recliner</td>
			<td style="width:375px;">585</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Sublingual Thermometer</td>
			<td style="width:392px;">WelchAllyn</td>
			<td style="width:375px;">SureTemp Plus 690</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Cold vest</td>
			<td style="width:392px;">Polar Products</td>
			<td style="width:375px;">Cool58 #PCVZ</td>
		</tr>
		<tr height="38">
			<td height="38" style="height:39px;width:363px;">Thermal IR Camera</td>
			<td style="width:392px;">FLUKE</td>
			<td style="width:375px;">TIR-125</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

human brown adipose tissue depots automatically segmented by positron emission tomography/computed tomography and registered magnetic resonance images

Pålideligt differentiere brunt fedtvæv (BAT) fra andre væv ved hjælp af en ikke-invasiv billeddannelse metode er et vigtigt skridt i retning af at studere BAT i mennesker. PÅVISNING BAT typisk bekræftet ved optagelsen af den injicerede radioaktivt sporstof 18F-fluordeoxyglucose (18 F-FDG) i fedtvæv depoter, som målt ved positronemissionstomografi / computertomografi (PET-CT) scanninger efter at udsætte emnet til kolde stimulus . Fat-vand separeret magnetisk resonans (MRI) har evnen til at skelne BAT uden anvendelse af et radioaktivt sporstof. Til dato, MRI af BAT i voksne mennesker ikke er co-registreret med kold-aktiverede PET-CT. Derfor er denne protokol bruger 18 F-FDG PET-CT-scanninger til automatisk at generere en BAT maske, som derefter anvendes til at co-registreret MR-scanninger af det samme emne. Denne tilgang gør det muligt måling af kvantitative MRI egenskaber BAT uden manuel segmentering. BAT masker er skabt fra to PET-CT-scanninger: efter eksponering i 2 timer til enten termoneutrale (TN) (24 ° C) eller kold-aktiveret (CA) (17 ° C) betingelser. TN og CA PET-CT-scanninger er registrerede, og PET standardiseret optagelse og CT Hounsfield-værdier bruges til at skabe en maske, der kun indeholder BAT. CA og TN MR-scanninger er også erhvervet om samme emne, og registreret til PET-CT-scanninger for at etablere kvantitative MRI egenskaber inden for automatisk definerede BAT maske. En fordel ved denne fremgangsmåde er, at segmenteringen er fuldstændig automatiseret og bygger på almindeligt anerkendte metoder til identifikation af aktiveret BAT (PET-CT). De kvantitative MRI egenskaber BAT udarbejdet ud fra disse protokol kan danne grundlag for en MRI-only BAT undersøgelse, der undgår strålingen forbundet med PET-CT.

Erhvervelse både MRI og PET-CT-scanninger om samme emne, og udførelse af co-registrering på alle scanninger muliggør pålidelig måling af kvantitative MRI målinger af BAT. Figur 1 viser den uforarbejdede varme (TN) og kulde (CA) PET-CT og MR scanninger fra et emne. Ved at overtage både TN og CA PET-CT-data, er det muligt klart at skelne mellem de kolde-aktiverede BAT depoter af den øgede 18 F-FDG optagelse. Efter co-registrering alle fire scanninger (figur 2 og <stron...

Watch this Scientific Journal Video about Human Brown Adipose Tissue Depots Automatically Segmented by Positron Emission Tomography/Computed Tomography and Registered Magnetic Resonance Images at JoVE

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

Den præsenteres her metode bruger 18 F-fluordeoxyglucose (18 F-FDG) positronemissionstomografi / computertomografi (PET-CT) og fedt-vand separeret magnetisk resonans (MRI), hver scannet efter 2 timers udsættelse for termoneutrale (24 ° C ) og kolde betingelser (17 ° C) for at kortlægge brunt fedtvæv (BAT) hos voksne forsøgspersoner.

Menneskelig brunt fedtvæv Depoter automatisk segmenteret efter Positron Emission Tomography / Computed Tomography og registreret magnetisk resonans Images

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

Research

JoVE Journal

Medicine

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

Basic Surgical Techniques in the GÃƒÆ’Ã‚Â¶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 ...

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

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

Kvantificering af aterosklerotisk plaque aktivitet og vaskulær inflammation med [18-F] fluorodeoxyglukose 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 ...

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

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

Ikke-invasiv billeddannelse og analyse af cerebral iskæmi i levende rotter Brug Positron Emission Tomography med<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 ...

Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue

Cerenkov Luminescence Imaging af interscapular brunt fedtvæv

Brown adipose tissue (BAT), widely known as a &#8220;good fat&#8221; plays pivotal roles for thermogenesis in mammals. This special tissue is closely ...

Localization, Identification, and Excision of Murine Adipose Depots

Lokalisering, Identifikation og Excision af murint fedt-depoter

Obesity has increased dramatically in the last few decades and affects over one third of the adult US population. The economic effect of obesity in 2005 ...

Encapsulation Thermogenic Preadipocytes for Transplantation into Adipose Tissue Depots

Indkapsling Thermogenic præadipocytter for transplantation i fedtvæv Depoter

Cell encapsulation was developed to entrap viable cells within semi-permeable membranes. The engrafted encapsulated cells can exchange low molecular ...

Assessment of Human Adipose Tissue Microvascular Function Using Videomicroscopy

Vurdering af menneskers fedtvæv mikrovaskulære funktion ved hjælp af Videomicroscopy

While obesity is closely linked to the development of metabolic and cardiovascular disease, little is known about mechanisms that govern these processes. ...

Characterization of Immune Cells in Human Adipose Tissue by Using Flow Cytometry

Karakterisering af immunceller i menneskers fedtvæv ved hjælp af flowcytometri

Infiltration of immune cells in the subcutaneous and visceral adipose tissue (AT) deposits leads to a low-grade inflammation contributing to the ...

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

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

Hele kroppen og regionale kvantificering af aktive menneskelige brunt fedtvæv bruger 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 ...

Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function

Kontinuerlig blodprøvetagning i små dyr Positron emission Tomography/computertomografi gør det muligt at måle den arterielle indgangsfunktion

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal ...