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.

NOTA: Il comitato etico locale di questo istituto ha approvato questo studio, e tutti i soggetti previsti scritto consenso informato prima della partecipazione. Per essere eleggibili per lo studio, i soggetti devono soddisfare i seguenti requisiti: diabete mellito non nota; nessun uso di beta-bloccanti o farmaci ansia, attualmente o in passato; non fumare o masticare il tabacco, attualmente o in passato; non più di 4 tazze di caffeina ogni giorno; non più di 2 bicchieri di alcol ogni giorno; e se di sesso femminile, n...

Il protocollo dello studio descritto è stato progettato per utilizzare sia thermoneutral e attivati ​​freddo PET / CT per automaticamente segmento depositi BAT su base oggetto specifico. Queste regioni generate automaticamente di interesse possono essere applicate a entrambe le scansioni MRI temperatura neutra e attivato freddo che sono stati co-registrate per le scansioni PET / TC dello stesso soggetto. Per quanto a nostra conoscenza, questa è la prima ricerca di eseguire sia MRI e PET / CT dopo condizioni di tem...

A causa del marcato aumento dell&#39;obesità in tutto il mondo, vi è un crescente interesse nelle aree di ricerca finalizzati alla comprensione del bilancio energetico. L&#39;obesità può portare a condizioni mediche costose e devastanti come il diabete, malattie del fegato, malattie cardiovascolari e cancro, che lo rende una significativa area di preoccupazione per la salute pubblica 1. Un settore di ricerca volta a comprendere l&#39;equilibrio di apporto energetico rispetto al dispendio energetico è lo studio del tessuto adiposo bruno o BAT. Anche se definito un tessuto adiposo, BAT si differenzia dalla più comune tessuto adiposo bianco (WAT) in molti modi 2. La funzione degli adipociti bianchi è per memorizzare trigliceridi in un unico grande vacuolo lipidico per cella, e per liberare tali trigliceridi come fonte di energia nel flusso sanguigno quando necessario. In modo molto diverso, la funzione di adipociti bruni è di produrre calore. Un meccanismo con cui questo avviene è attraverso l&#39;esposizione al freddo. Questo provoca un aumento sympathetic attività del sistema nervoso, che a sua volta attiva BAT. Quando viene attivato, adipociti bruni generano calore. Per fare ciò, si utilizzano i trigliceridi contenuti nei numerosi piccoli vacuoli lipidici per cella, e attraverso la presenza di proteine ​​di disaccoppiamento 1 (UCP1) nei mitocondri abbondante, convertire i trigliceridi a substrati metabolici senza la produzione di ATP, con conseguente perdita entropica la generazione di calore. Poiché i trigliceridi memorizzati nei piccoli vacuoli lipidici sono esaurite, adipociti riprende sia il glucosio e trigliceridi presenti nel flusso sanguigno 3. L&#39;interesse per lo studio BAT è drammaticamente aumentata negli ultimi anni grazie al suo contributo alla non-brividi termogenesi, il suo ruolo nel modulare la spesa energetica del corpo, e la potenziale relazione inversa tra BAT e obesità 3 - 9. Inoltre, recenti studi su animali indicano BAT gioca un ruolo fondamentale in trigliceridi compensazione e glucosio fROM sangue, soprattutto dopo l&#39;ingestione di un pasto ricco di grassi 10,11. Tuttavia, la maggior parte di ciò che sappiamo sulla BAT è il risultato della ricerca in piccoli mammiferi, che contengono molti depositi di BAT 4,9,12 - 15. Nonostante alcuni studi presto 16 - 18, la presenza di BAT negli esseri umani è stato ampiamente pensato a diminuire con l&#39;età fino a poco tempo in cui è stato rinnovato interesse per lo studio BAT umana. Recenti ricerche indicano che quantità relativamente piccole di BAT persistono in età adulta 19-24. Un ulteriore fattore limitante per studiare BAT è che, a parte la biopsia e colorazione istologica, il metodo inequivocabile attualmente accettato per rilevare BAT 18 F-fluorodeossiglucosio (18 F-FDG) tomografia ad emissione di positroni (PET). Scanner PET moderni sono in genere combinati con una tomografia computerizzata (CT) scanner. Quando attivato da esposizione al freddo, BAT riprende il 18 </sup&gt; radiotracciante F-FDG, che è un analogo metabolica del glucosio, e diventa visibile sulle immagini PET, rispetto al livello molto più basso di 18 F-FDG quando BAT 20,21,23,25 inattiva. Immagini TC acquisite nel corso di un esame PET su una PET-CT scanner aiutano a distinguere tra tessuti con alto 18 F-FDG, fornendo informazioni anatomiche. Questo uso dell&#39;imaging PET-CT espone il soggetto a radiazioni ionizzanti (prevalentemente da PET, sebbene la dose dalla TAC non è trascurabile), ed è quindi un metodo per il rilevamento indesiderato BAT. Anche se il numero di studi sulla BAT negli esseri umani adulti sani è in aumento, recenti studi di BAT umana sono principalmente sono limitati a retrospettiva PET-CT studi di 19,25, cadaveri umani infantili 26,27, gli adolescenti umani che sono già stati ammessi in ospedale per altri motivi 27 - 30, e alcuni studi umani adulti sani31 - 35. Una delle sfide con entrambi gli studi di bambini e di studi retrospettivi è la possibilità di risultati alterati quando si studia una popolazione di pazienti che è malato, che possono influire BAT. Inoltre, poiché il glucosio non è la fonte di combustibile preferita di BAT 36, gli studi PET possono non rilevare sempre BAT attivato, e quindi possono underrepresent la presenza di BAT. Un&#39;altra difficoltà nello studio BAT con l&#39;imaging biomedico è legata all&#39;esecuzione di segmentazione di immagini per definire i confini di depositi di tessuto. Attualmente, la segmentazione delle BAT negli studi umani si basa spesso su un certo grado di segmentazione manuale ed è quindi vulnerabile a errori di identificazione dei depositi BAT, nonché alla variabilità inter-rater. A causa di queste sfide, tecniche di mappatura spaziale affidabili in grado di distinguere BAT da distribuzioni WAT, insieme a metodi di segmentazione automatici, avrebbe fornito agli investigatori un potente nuovo aolo con cui studiare BAT. La risonanza magnetica (MRI) ha la capacità per l&#39;identificazione, la mappatura del territorio, e la quantificazione volumetrica di BAT, ea differenza di approcci di imaging esistenti ibridi PET-CT, che comprendono una dose radioattiva per il soggetto con immagini, risonanza magnetica non comporta radiazioni ionizzanti e può essere utilizzato in modo sicuro e ripetutamente. La capacità di identificare e quantificare BAT utilizzando la risonanza magnetica può avere un drammatico impatto positivo sulla endocrinologia clinica e la ricerca di nuove vie di ricerca di obesità. Grasso-acqua precedente MRI (FWMRI) studi di BAT sia nei topi e gli esseri umani dimostrano che il grasso-segnale frazione (FSF) di BAT è nel range del 40-80% di grassi, mentre WAT è superiore al 90% di grassi 15,26 , 27. Pertanto ipotizziamo che questo quantitativa FWMRI metrica, in combinazione con altre metriche MRI quantitative, può essere utilizzato in futuro lavoro per visualizzare e quantificare depositi BAT nell&#39;uomo. Ciò fornire alla comunità di ricerca con un potente strumento con cui studiare l&#39;influenza di BAT su incontratoabolism e dispendio energetico senza l&#39;uso di radiazioni ionizzanti. Il nostro gruppo di ricerca ha studiato BAT negli esseri umani adulti per gli ultimi tre anni. La nostra prima presentazione pubblica sull&#39;uso della risonanza magnetica per indagare sospetti BAT nel soggetto umano un adulto si è verificato nel mese di febbraio 2012 presso la Società Internazionale per la Risonanza Magnetica in Medicina (ISMRM) Separazione Fat-Water Workshop a Long Beach, California 37. Due mesi più tardi, il nostro gruppo ha presentato valori FSF in sospetto BAT in due adulti in occasione della riunione annuale ° 20 del ISMRM nell&#39;aprile 2012 a Melbourne, Australia 38. Un anno più tardi alla riunione annuale st 21 del ISMRM aprile 2013 a Salt Lake City, nello Utah, il protocollo descritto in questo manoscritto è stato utilizzato per la prima (al meglio delle nostre conoscenze) presentazione pubblica di MRI quantificazione della PET-confermata BAT in umano soggetti adulti 39. In particolare, abbiamo presentato le prove che dimostrano che la precedente ay sospetto BAT è stato confermato per essere BAT attivabile utilizzando sia thermoneutral attivato freddo e di imaging 18 F-FDG PET-CT. Dal 2013, la nostra coorte di adulti volontari sani, ripreso sia con MRI e PET / CT in condizioni di temperatura e attivato freddo ha ampliato a più di 20 soggetti con risultati più recentemente presentati nel mese di febbraio 2014 il workshop &quot;Esplorare il ruolo di Brown Fat in esseri umani &quot;promosso dal NIH NIDDK 40. In particolare, abbiamo riportato FWMRI FSF e R 2 * proprietà di rilassamento nelle regioni della BAT sopraclavicolare confermati da 18 F-FDG PET-CT negli esseri umani adulti, con le ROI BAT delineati utilizzando algoritmi di segmentazione automatici basata sul termoneutrale attivato freddo e PET-CT scansioni. Più di recente abbiamo presentato i risultati di mappatura della temperatura a 18 F-FDG PET-CT ha confermato BAT negli esseri umani adulti, utilizzando l&#39;avanzata FWMRI termometria 41,42. La procedura qui presentata acquisires sia MRI e 18 scansioni F-FDG PET-TC sullo stesso argomento, ognuno dopo l&#39;esposizione a entrambe le condizioni di temperatura attivati ​​freddo e. Le 18 scansioni F-FDG PET-CT temperatura neutra attivate freddo e sono usati per creare le regioni segmentati automaticamente BAT di interesse (ROI), su base oggetto specifico. Questi ROI BAT vengono poi applicati alle co-registrato risonanza magnetica per misurare le proprietà di risonanza magnetica della PET-CT confermato BAT. Una limitazione di questo protocollo è che la temperatura dell&#39;aria utilizzata quando espone soggetti a uno stimolo caldo o freddo è costante per ogni soggetto. Questa è una limitazione in quanto la temperatura alla quale ciascun soggetto vive sensazione di calore o refrigerate può essere differente. Pertanto, eseguendo una sessione di prova durante il quale la temperatura dell&#39;aria è regolata per adattarsi risposta individuale, e quindi utilizzando queste temperature durante i protocolli di temperatura neutra e fredda-attivazione, potrebbe essere possibile ottenere risposte miglioridal tessuto adiposo bruno.

<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

Affidabile differenziando tessuto adiposo bruno (BAT) da altri tessuti utilizzando un metodo di imaging non invasivo è un passo importante verso lo studio BAT negli esseri umani. Rilevamento BAT è tipicamente confermata dalla captazione del tracciante radioattivo iniettato 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) nei depositi tessuto adiposo, come misurato mediante tomografia a emissione di positroni / tomografia computerizzata (PET-CT) scansioni dopo esporre il soggetto a stimolo freddo . Fat-acqua separata risonanza magnetica (MRI) ha la capacità di distinguere BAT senza l&#39;uso di un tracciante radioattivo. Ad oggi, la risonanza magnetica di BAT in esseri umani adulti non è stato co-registrato con attivati ​​freddo PET-CT. Pertanto, questo protocollo utilizza 18 scansioni F-FDG PET-CT per generare automaticamente una maschera BAT, che viene poi applicata a co-registrato MRI scansioni dello stesso soggetto. Questo approccio permette di misurare le proprietà MRI quantitativi della BAT senza segmentazione manuale. Maschere BAT sono creati da due PEScansioni T-CT: dopo l&#39;esposizione per 2 ore a uno thermoneutral (TN) (24 ° C) o attivato a freddo (CA) (17 ° C) condizioni. I TN e CA PET-TC sono registrati, ed i valori di assorbimento standardizzati PET e CT Hounsfield sono utilizzati per creare una maschera che contiene solo BAT. CA e TN risonanza magnetica sono acquisite sullo stesso tema e registrate le scansioni PET-TC al fine di stabilire le proprietà MRI quantitative all&#39;interno della maschera BAT definito automaticamente. Un vantaggio di questo approccio è che la segmentazione è completamente automatizzato e si basa su metodi ampiamente accettati per l&#39;identificazione del attivata BAT (PET-CT). Le proprietà MRI quantitativi di BAT stabiliti utilizzando questo protocollo può servire come base per una sola MRI esame BAT che evita la radiazione associata alla PET-CT.

L&#39;acquisizione sia MRI e PET-TC sullo stesso argomento, e l&#39;esecuzione di co-registrazione su tutte le scansioni consente la misurazione affidabile di metriche MRI quantitativi di BAT. La Figura 1 mostra la non trasformati calda (TN) e fredda (CA) PET-TC e RM scansioni da un soggetto. Con l&#39;acquisizione sia TN e CA PET-CT dati, è possibile distinguere chiaramente i depositi BAT-attivato a freddo da parte del maggiore assorbimento 18 F-FDG. Dopo co-registrazione tutti quattro scan...

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

Il metodo qui presentata utilizza 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) tomografia ad emissione di positroni / tomografia computerizzata (PET-CT) e grasso-acqua separata risonanza magnetica (MRI), ciascuna scansione dopo 2 ore di esposizione a thermoneutral (24 ° C ) e freddo (17 ° C), al fine di mappare tessuto adiposo bruno (BAT) in soggetti umani adulti.

Umano Brown adipose Depositi tessuti segmentato automaticamente da Positron Emission Tomography / tomografia computerizzata e registrati Risonanza Magnetica Images

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

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