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.

OPMERKING: De lokale ethische commissie van dit instituut goedgekeurd deze studie, en alle vakken gaven schriftelijk toestemming voor deelname. Om in aanmerking te komen voor de studie, moet onderwerpen aan de volgende eisen: geen bekende diabetes mellitus; geen gebruik van bètablokkers of angst medicijnen, nu of in het verleden; niet roken of kauwen tabaksproducten, nu of in het verleden; niet meer dan 4 kopjes cafeïne per dag; niet meer dan 2 glazen alcohol per dag; en als vrouw, niet zwanger zijn of borstvoeding ge...

De studie die beschreven protocol is ontworpen om zowel thermisch en koud-geactiveerde PET / CT gebruiken om automatisch segment BAT depots op een onderwerp specifieke basis. Deze automatisch gegenereerde gebieden van belang kan vervolgens worden toegepast op zowel thermisch en koud geactiveerde MRI scans die zijn samen geregistreerd op de PET / CT-scans van hetzelfde onderwerp. Om het beste van onze kennis, dit is het eerste onderzoek naar zowel MRI en PET / CT voeren na thermoneutral en koude-geactiveerde condities op...

Door de sterke toename van obesitas wereldwijd, is er een toegenomen belangstelling onderzoeksgebieden gericht op het begrijpen energiebalans. Obesitas kan leiden tot dure en verwoestende medische aandoeningen zoals diabetes, leverziekte, hart- en vaatziekten en kanker, waardoor het een belangrijk gebied van volksgezondheidsprobleem 1. Een gebied van onderzoek gericht op het begrijpen van de balans van de energie-inname ten opzichte van de energie-uitgaven is de studie van bruin vetweefsel of BAT. Hoewel genoemd een vetweefsel, BAT verschilt van de meer gebruikelijke wit vetweefsel (WAT) op vele manieren 2. De functie van de witte adipocyten is triglyceriden slaan in een grote lipide vacuole per cel, en deze triglyceriden als energiebron vrij in de bloedstroom indien nodig. In een andere wijze de werking van bruine adipocyten is om warmte te produceren. Een mechanisme dat dit gebeurt door blootstelling aan koude. Dit veroorzaakt een toename sympathetic activiteit van het zenuwstelsel, die op zijn beurt activeert BAT. Wanneer geactiveerd, bruine vetcellen warmte. Hiervoor gebruiken ze de triglyceriden in de vele kleine lipide vacuolen per cel, en door de aanwezigheid van ontkoppelingseiwit 1 (UCP1) in de overvloedige mitochondria, zet de triglyceriden metabole substraten zonder de productie van ATP, waardoor entropic verlies als warmte. Aangezien de triglyceriden opgeslagen in de kleine lipide vacuolen zijn uitgeput, de adipocyten neemt zowel glucose en triglyceriden in het bloed 3. De belangstelling voor het bestuderen van BAT is dramatisch toegenomen in de afgelopen jaren als gevolg van de bijdrage aan de niet-rillen thermogenese, zijn rol bij het ​​moduleren van het energieverbruik van het lichaam, en de mogelijke omgekeerde relatie tussen BAT en obesitas 3-9. Bovendien recente dierstudies wijzen BAT speelt een cruciale rol bij het opruimen triglyceriden en glucose fROM De bloedstroom, vooral na inname van een vetrijke maaltijd 10,11. Echter, de meeste van wat we weten over BBT is een resultaat van onderzoek in kleine zoogdieren, die vele depots van BAT 4,9,12 bevatten - 15. Ondanks een paar vroege studies 16-18, werd de aanwezigheid van BBT bij de mens in brede kring te verminderen met de leeftijd tot voor kort toen de belangstelling voor het bestuderen van de menselijke BBT is vernieuwd. Recent onderzoek suggereert dat relatief kleine hoeveelheden van BBT aanhouden in de volwassenheid 19-24. Een bijkomende factor die het bestuderen BAT is dat naast biopsie en histologische kleuring, de momenteel aanvaarde eenduidige werkwijze voor het detecteren BBT 18F-fluorodeoxyglucose (18F-FDG) positron emissie tomografie (PET). Moderne PET scanners worden typisch gecombineerd met een computertomografie (CT) scanner. Wanneer geactiveerd door blootstelling aan kou, BAT neemt de 18 </sup&gt; F-FDG radiotracer, een metabolische analoog glucose en zichtbaar op PET beelden, in vergelijking met de veel lagere 18F-FDG opname als BBT inactief 20,21,23,25. CT-beelden tijdens een PET-examen op een PET-CT-scanner hulp verworven om onderscheid te maken tussen weefsels met een hoge 18 F-FDG-opname door het verstrekken van anatomische informatie. Dit gebruik van PET-CT beeldvorming loopt de onder ioniserende straling (voornamelijk uit PET, maar de dosis van de CT-scan niet verwaarloosbaar), en derhalve een ongewenste methode BAT detectie. Hoewel het aantal studies over BBT bij gezonde volwassen mensen toeneemt, hebben recente studies van de menselijke BBT voornamelijk beperkt gebleven tot retrospectieve PET-CT bestudeert 19,25, mensenkind kadavers 26,27, menselijk adolescenten die al zijn toegelaten tot de ziekenhuizen voor andere redenen 27-30, en een paar menselijke studies van gezonde volwassenen31 - 35. Een van de uitdagingen met beide studies van kinderen en retrospectieve studies is de mogelijkheid van veranderde resultaten bij het bestuderen van een patiëntenpopulatie die ziek is, die van invloed kunnen BBT. Bovendien, omdat glucose is niet de brandstof bron van BBT 36 voorkeur, PET studies kunnen niet altijd detecteren geactiveerd BAT, en kan daarom de aanwezigheid van BAT underrepresent. Een ander probleem bij het bestuderen BAT met biomedische beeldvorming wordt gerelateerd aan het uitvoeren beeldsegmentatie de grenzen van weefsel depots definiëren. Momenteel, segmentatie van BAT in humane studies maakt steeds enige mate van manuele beeldsegmentatie en is daardoor kwetsbaar voor verkeerde identificatie van BAT depots, evenals interbeoordelaar variabiliteit. Door deze uitdagingen, betrouwbare ruimtelijke mapping technieken die BBT kunnen onderscheiden van WAT distributies, samen met geautomatiseerde segmentatie methoden, zouden de onderzoekers te voorzien van een krachtige nieuwe aanol waarmee BBT-studie. Magnetic resonance imaging (MRI) heeft de mogelijkheid voor identificatie, ruimtelijke afbeelding en volumetrische kwantificatie van BBT, en in tegenstelling bestaande hybride PET-CT beeldvorming benaderingen die een radioactieve dosis voor het afgebeelde onderwerp omvatten MRI houdt geen ioniserende straling en kan veilig worden gebruikt en herhaaldelijk. Het vermogen om te identificeren en te kwantificeren BBT met behulp van MRI kan een dramatisch positief effect op de klinische endocrinologie en het nastreven van nieuwe wegen van obesitas onderzoek. Vorige vet-water MRI (FWMRI) studies van BAT in zowel muizen als mensen zien dat de vet-signaal-fractie (FSF) van BBT in het traject van 40-80% vet, terwijl WAT is dan 90% vet 15,26 , 27. Onze hypothese is dan ook dat deze kwantitatieve FWMRI metrisch, in combinatie met andere kwantitatieve MRI metrics, kan gebruikt worden in toekomstige werkzaamheden te visualiseren en kwantificeren BAT depots bij de mens. Dit zou de onderzoeksgemeenschap te voorzien van een krachtig instrument om de BBT&#39;s invloed te bestuderen op ontmoetteabolism en het energieverbruik zonder het gebruik van ioniserende straling. Onze onderzoeksgroep is het bestuderen van de BBT in volwassen mensen voor de afgelopen drie jaar. Onze eerste publieke presentatie over het gebruik van MRI om verdacht BBT te onderzoeken in een volwassen menselijk onderwerp vond plaats in februari 2012 op de International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM) Fat-waterscheiding Workshop in Long Beach, Californië 37. Twee maanden later, onze groep gepresenteerd FSF waarden in verdenking BAT in twee volwassenen op de 20e jaarlijkse bijeenkomst van de ISMRM in april 2012 in Melbourne, Australië 38. Een jaar later op de st jaarlijkse bijeenkomst van de ISMRM 21 in april 2013 in Salt Lake City, Utah, de in dit manuscript beschreven protocol werd gebruikt voor de eerste (aan het beste van onze kennis) publieke presentatie van MRI kwantificering van PET-bevestigde BAT bij volwassen proefpersonen 39. Concreet hebben we gepresenteerd waaruit blijkt dat de previously verdacht BAT werd bevestigd aan activeerbare BBT worden met behulp van zowel koude-geactiveerd en thermoneutral 18 F-FDG PET-CT-beeldvorming. Sinds 2013, ons cohort van gezonde volwassen proefpersonen afgebeeld met zowel MRI en PET / CT onder thermoneutral en koude-geactiveerde voorwaarden heeft uitgebreid tot meer dan 20 personen met de resultaten voor het laatst in februari 2014 gepresenteerd op de workshop &quot;Verkenning van de rol van Brown Fat bij de mens &quot;, gesponsord door de NIH NIDDK 40. Concreet hebben we gemeld FWMRI FSF en R2 * ontspanning woningen in de regio&#39;s van supraclaviculaire BBT bevestigd door 18 F-FDG PET-CT in volwassen mensen, met de BAT ROI afgebakend met behulp van geautomatiseerde segmentatie algoritmen gebaseerd op de koude-geactiveerd en thermoneutral PET-CT scans. Meest recent we gepresenteerde resultaten van de temperatuur in kaart brengen in 18 F-FDG PET-CT bevestigd BAT in volwassen mensen met behulp van geavanceerde FWMRI thermometrie 41,42. De procedure hier gepresenteerde verwervens zowel MRI en 18 F-FDG PET-CT-scans over hetzelfde onderwerp, elk na blootstelling aan zowel koude-geactiveerd en thermisch neutrale temperatuurbereik. De koude-geactiveerd en thermoneutral 18 F-FDG PET-CT-scans worden gebruikt om automatisch gesegmenteerd BAT regio van belang (ROI), over een onderwerp specifieke basis te creëren. Deze BBT ROI worden vervolgens toegepast op de co-geregistreerde MRI-scans om te meten de MRI-woningen in de PET-CT bevestigd BAT. Een beperking van dit protocol is dat de temperatuur gebruikt bij blootstellen onderwerpen ofwel de warme of koude stimulus consistent voor elk vak. Dit is een beperking omdat de temperatuur waarbij elke proefpersoon ervaringen warm gevoel of gekoeld verschillend zijn. Daarom, door het uitvoeren van een proef sessie waarbij de temperatuur wordt aangepast aan de individuele respons passen, en dan met deze temperaturen tijdens de thermisch en koud activatie protocollen, kan het mogelijk zijn om een ​​betere respons te verkrijgenvan het bruine vetweefsel.

<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

Betrouwbaar differentiëren bruin vetweefsel (BBT) van andere weefsels met behulp van een niet-invasieve beeldvorming methode is een belangrijke stap in de richting van het bestuderen van BBT bij de mens. DETECTEREN BAT wordt typisch bevestigd door de opname van het geïnjecteerde radioactieve tracer 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) in vetweefsel depots, zoals gemeten door positron emissie tomografie / computertomografie (PET-CT) scans na blootstellen van de onder koude stimulus . Fat-water gescheiden magnetische resonantie beeldvorming (MRI) het vermogen om BAT onderscheiden zonder het gebruik van een radioactieve tracer. Tot op heden, MRI van BBT bij volwassen mens is niet samen ingeschreven bij koude-geactiveerde PET-CT. Daarom is dit protocol maakt gebruik van 18 F-FDG PET-CT-scans om een BAT masker, die vervolgens wordt toegepast op mede-geregistreerde MRI-scans van hetzelfde onderwerp automatisch te genereren. Deze aanpak maakt het meten van kwantitatieve MRI-eigenschappen van de BBT zonder handmatige segmentatie. BAT maskers worden gemaakt uit twee PET-CT scans: na blootstelling gedurende 2 uur ofwel thermisch (TN) (24 ° C) en koude-geactiveerde (CA) (17 ° C) omstandigheden. De TN en CA PET-CT scans worden geregistreerd, en de PET gestandaardiseerde opname en CT Hounsfield waarden worden gebruikt om een ​​masker met alleen BAT creëren. CA en TN MRI-scans worden ook verworven over hetzelfde onderwerp en geregistreerd bij de PET-CT-scans om kwantitatieve MRI eigenschappen binnen het automatisch gedefinieerd BAT masker vast te stellen. Een voordeel van deze benadering is dat de segmentatie volledig geautomatiseerd en is gebaseerd op de algemeen aanvaarde methoden voor identificatie van geactiveerde BAT (PET-CT). De kwantitatieve MRI eigenschappen van BBT vastgesteld aan de hand van dit protocol kan dienen als basis voor een MRI-only BAT onderzoek dat de straling in verband met PET-CT vermijdt.

Het verwerven van zowel MRI en PET-CT-scans over hetzelfde onderwerp, en het uitvoeren van co-registratie op alle scans maakt betrouwbare meting van kwantitatieve MRI metrics van BAT. Figuur 1 toont de onbewerkte warm (TN) en koude (CA) PET-CT en MRI scans van het ene onderwerp. Door de overname van zowel TN en CA PET-CT-gegevens, is het mogelijk om een duidelijk onderscheid van de koude-geactiveerde BAT depots door de toegenomen 18 F-FDG opname. Na co registreren vier scans (figuur 2...

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

De hier gepresenteerde methode gebruikt 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG) positron emissie tomografie / computertomografie (PET-CT) en vet-water gescheiden magnetische resonantie beeldvorming (MRI), elk afgetast na 2 uur blootstelling aan thermisch (24 ° C ) en koude omstandigheden (17 ° C) om bruin vetweefsel (BAT) bij volwassen proefpersonen kaart.

Human Brown VetWeefsel Depots automatisch gesegmenteerd op basis van Positron Emissie Tomografie / Computed Tomography en geregistreerde 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 ...

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

Basis chirurgische technieken in het Göttingen Minipig: intubatie, Blaas catheterisatie, Femorale Vessel catheterisatie, en Transcardial Perfusie

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

Kwantificering van atherosclerotische plaque activiteit en vasculaire ontsteking met [18-F] Fluorodeoxyglucose Positron Emissie Tomografie / 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

Niet-invasieve beeldvorming en analyse van cerebrale ischemie in Living Ratten met behulp van positron emissie tomografie met<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 luminescentiebeeldvorming van interscapular Brown VetWeefsel

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

Lokalisatie, identificatie, en Excisie van Muriene Adipose Depots

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

Inkapseling Thermogenic preadipocyten voor transplantatie in VetWeefsel Depots

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

Beoordeling van menselijk vetweefsel microvasculaire functie met behulp van 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 van Immune cellen in menselijke adipeus weefsel met behulp van Stroom Cytometry

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 lichaam en regionale kwantificering van actieve mens bruin vetweefsel met 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

Continue bloedafname in kleine dierlijke positron emissie tomografie/computertomografie maakt de meting van de arteriële ingangsfunctie mogelijk

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