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.

MERK: Den lokale etikkutvalg av dette instituttet godkjent denne studien, og alle fag gitt skriftlig informert samtykke før deltakelse. For å være kvalifisert for studiet, må fagene oppfylle følgende krav: ingen kjent diabetes mellitus; ingen bruk av betablokkere eller angst medisiner, for tiden eller i det siste; røyker ikke eller tygge tobakk, for tiden eller i det siste; ikke mer enn fire kopper koffein hver dag; ikke mer enn to glass alkohol hver dag; og hvis kvinner, ikke er gravid eller ammer. MERK: I...

Den beskrevne studien protokollen er laget for å bruke både termonøytralt og kald-aktivert PET / CT for å automatisk segmentere BAT depoter på en fagspesifikk basis. Disse automatisk genererte områder av interesse kan deretter brukes til både termonøytralt og kald aktivert MR som er co-registrerte til PET / CT-skanninger av samme motiv. Så langt vi kjenner til, er dette den første forskning for å utføre både MR og PET / CT etter termonøytralt og kalde-aktivert betingelser på samme friske voksne mennesker ...

På grunn av den markerte økningen i fedme i verden, det er en økt interesse for forskningsområder som tar sikte på å forstå energibalanse. Fedme kan føre til kostbare og ødeleggende medisinske tilstander som diabetes, leversykdom, hjerte- og karsykdommer og kreft, noe som gjør det til et betydelig område av bekymring for folkehelsen en. Et område av forskning rettet mot å forstå balansen mellom energiinntak versus energiforbruk er studiet av brunt fettvev eller BAT. Selv betegnet en fettvev skiller BAT fra de mer vanlige hvite fettvev (WAT) på mange måter to. Funksjonen av hvite adipocytter er å lagre triglyserider i en enkelt stor lipid vakuole per celle, og å frigjøre disse triglyserider som en kilde til energi inn i blodstrømmen ved behov. I en helt annen måte, idet funksjon av brune adipocytter er å produsere varme. En mekanisme som dette skjer er gjennom eksponering for kulde. Dette fører til en økning i sympathetic nervesystem-aktivitet, som i sin tur aktiverer BAT. Når aktivert, brune fettceller genererer varme. For å gjøre dette, bruker de triglyserider som finnes i de mange små lipid vakuoler per celle, og gjennom tilstedeværelsen av uncoupling protein 1 (UCP1) i rikelig mitokondriene, konvertere triglyserider til metabolske substrater uten produksjon av ATP, som resulterer i entropic tap som varmeutvikling. Som triglyserider lagret i de små lipid vakuoler er oppbrukt, tar adipocyte opp både glukose og triglyserider i blodet stream tre. Interesse i å studere BAT har økt dramatisk de siste årene på grunn av sitt bidrag til ikke-hutrende thermogenesis, dens rolle i moduler kroppens energiforbruk, og potensialet inverse forholdet mellom BAT og fedme 3 - 9. I tillegg nyere dyrestudier indikerer BAT spiller en avgjørende rolle i clearing triglyserider og glukose fROM blodstrømmen, spesielt etter inntak av et fettrikt måltid 10,11. Men det meste av det vi vet om BAT et resultat av forskning i små pattedyr, som inneholder mange depoter av BAT 4,9,12 - 15. Uavhengig av noen tidlige studiene 16-18, var tilstedeværelsen av BAT i mennesker allment antatt å avta med alderen inntil nylig da interessen for å studere menneskelig BAT har blitt fornyet. Nyere forskning tyder på at relativt små mengder av BAT vedvare inn i voksen alder 19-24. En ytterligere begrensende faktor for å studere BAT er at bortsett fra biopsi og histologisk farging, er det for tiden aksepterte entydig metode for påvisning av BAT-18 F-fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) positronemisjonstomografi (PET). Moderne PET-skannere er typisk kombinert med en computertomografi (CT) skanner. Når den aktiveres av kulde, tar BAT opp 18 </sopp&gt; F-FDG radiomerkings, som er en metabolsk analog av glukose, og blir synlig på PET-bilder, i forhold til den mye lavere nivå av 18 F-FDG-opptak når BAT er inaktiv 20,21,23,25. CT-bildene ervervet under en PET eksamen på en PET-CT-skanner hjelp til å skille mellom vev med høy 18 F-FDG opptak ved å gi anatomisk informasjon. Denne anvendelse av PET-CT avbildning eksponerer gjenstand for ioniserende stråling (hovedsakelig av PET, selv om dosen av CT-skanning er ikke ubetydelig), og er derfor et uønsket fremgangsmåte for BAT deteksjon. Selv om antall studier om BAT hos friske voksne mennesker er økende, har nyere studier av menneskelig BAT hovedsak vært begrenset til retrospektiv PET-CT studerer 19,25, menneskelige baby kadavre 26,27, menneskelige ungdom som allerede har blitt tatt opp til sykehus for andre grunner 27-30, og noen menneskelige studier av friske voksne31-35. En av utfordringene med både studier av barn og retrospektive studier er muligheten for endrede resultater når man studerer en pasientpopulasjon som er syk, noe som kan påvirke BAT. I tillegg, fordi glukose er ikke den foretrukne brennstoffkilde BAT 36, PET-studier kan ikke alltid detektere aktivert BAT, og derfor kan underrepresent nærvær av BAT. En annen vanskelighet i å studere BAT med biomedisinsk bildebehandling er knyttet til å utføre bildesegmentering å definere grensene for vev depoter. Foreløpig segmentering av BAT i studier på mennesker ofte er avhengig av en viss grad av manuell bildesegmentering og er derfor sårbare for feilidentifisering av BAT depoter, samt inter-rater variabilitet. På grunn av disse utfordringene, pålitelige romlig kartlegging teknikker som kan skille BAT fra WAT ​​distribusjoner, sammen med automatiserte segmentering metoder, ville gi etterforskere med en kraftig ny tilol som brukes til å studere BAT. Magnetic resonance imaging (MRI) har evnen til identifikasjon, romlig kartlegging, og volumetrisk kvantifisering av BAT, og i motsetning til eksisterende hybrid PET-CT bildebehandling tilnærminger som inkluderer en radioaktiv dose for den avbildede emnet, innebærer MR ingen ioniserende stråling og kan brukes trygt og gjentatte ganger. Evnen til å identifisere og kvantifisere BAT bruker MR kan ha en dramatisk positiv innvirkning på klinisk endokrinologi og jakten på nye muligheter for fedme forskning. Foregående fett-vann-MR (FWMRI) studier av BAT i både mus og mennesker viser at fett signal-fraksjon (FSF) av BAT er i området fra 40 til 80% fett, mens WAT er over 90% fett 15,26 , 27. Vi hypoteser derfor at denne kvantitative FWMRI metric, sammen med andre kvantitative MRI beregninger, kan brukes i det videre arbeidet for å visualisere og kvantifisere BAT depoter hos mennesker. Dette ville gi forskersamfunnet med et kraftig verktøy for å studere BAT innflytelse på oppfyltabolism og energiforbruk uten anvendelse av ioniserende stråling. Vår forskningsgruppe har vært å studere BAT i voksne mennesker for de siste tre årene. Vår første offentlige presentasjon om bruk av MR for å undersøke mistanke om BAT i ett voksent menneske emne skjedde i februar 2012 ved International Society for Magnetic Resonance i medisin (ISMRM) Fat-vann separasjon Workshop i Long Beach, California 37. To måneder senere, vår gruppe present FSF verdier i mistenkt BAT i to voksne på 20. årlige møtet i ISMRM i april 2012 i Melbourne, Australia 38. Ett år senere på 21. årlige møtet i ISMRM i april 2013 i Salt Lake City, Utah, ble protokollen som er beskrevet i dette manuskriptet brukt for første (til vår beste kunnskap) offentlig presentasjon av MR kvantifisering av PET-bekreftet BAT i voksent menneske fag 39. Spesifikt, presenterte vi bevis som viser at previously mistenkt BAT ble bekreftet å være aktiverbart BAT ved hjelp av både kald-aktivert og termonøytralt 18 F-FDG PET-CT-avbildning. Siden 2013, vår kohort av friske voksne mennesker avbildes med både MR og PET / CT i henhold til termonøytralt og kald aktivert forholdene er utvidet til mer enn 20 individer med resultatene sist presentert i februar 2014 workshop &quot;Exploring the Role of Brown Fat i Humans &quot;sponset av NIH NIDDK 40. Spesifikt, rapporterte vi FWMRI FSF og R2 * relaksasjonsegenskaper i regioner av supraclavicularis BAT bekreftet av 18 F-FDG PET-CT i voksne mennesker, med BAT Rois avgrenset ved hjelp av automatiserte segmentering algoritmer basert på den kald aktivert og termonøytralt PET-CT skanninger. Sist vi presenterte resultatene av temperatur kartlegging i 18 F-FDG PET-CT bekreftet BAT i voksne mennesker ved hjelp av avansert FWMRI termometri 41,42. Prosedyren som presenteres her erverves både MR og 18 F-FDG PET-CT-skanninger om samme emne, hver etter eksponering for både kald aktivert og termonøytralt forhold. De kalde-aktivert og termonøytralt 18 F-FDG PET-CT brukes til å lage automatisk segmentert BAT regioner av interesse (Rois), på en fagspesifikk basis. Disse BAT ROIs blir deretter brukt til co-registrert MR for å måle MRI eiendommer i PET-CT bekreftet BAT. En begrensning av denne protokollen er at lufttemperaturen brukes når utsette fag til enten varm eller kald stimulans er konsistent for alle fag. Dette er en begrensning at den temperatur ved hvilken hvert fag erfaringer følelsen varm eller avkjølt kan være forskjellig. Derfor, ved å kjøre et prøve sesjon under hvilken temperaturen er justert for å passe til den individuelle respons, og deretter bruke disse temperaturer i løpet av de termonøytralt og kald-aktiverings protokoller, kan det være mulig å oppnå bedre responsfra det brune fettvev.

<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

Pålitelig differensiere brunt fettvev (BAT) fra andre vev ved hjelp av en ikke-invasiv avbildningsmetode er et viktig skritt mot å studere BAT hos mennesker. Detektering av BAT er vanligvis bekreftet ved opptak av den injiserte radioaktivt sporstoff 18 F-fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) i adipose vev depoter, målt ved positronemisjonstomografi / computertomografi (CT) PET-skanninger etter å utsette emnet for kulde stimulus . Fett-vann separert magnetisk resonansavbildning (MRI) har evnen til å skille BAT uten bruk av et radioaktivt sporstoff. Til dags dato, MR av BAT i voksne mennesker har ikke blitt co-registrert med kald-aktivert PET-CT. Derfor bruker denne protokollen 18 F-FDG PET-CT-skanning for å generere en BAT maske, som deretter brukes til å co-registrert MR av samme motivet automatisk. Denne tilnærmingen gjør måling av kvantitative MR egenskaper BAT uten manuell segmentering. BAT masker er opprettet fra to PET-CT: etter eksponering i 2 timer til enten termonøytralt (TN) (24 ° C) eller kald aktivert (CA) (17 ° C) betingelser. De TN og CA PET-CT-skanning er registrert, og PET standardisert opptak og CT Hounsfield verdier blir brukt til å lage en maske som inneholder bare BAT. CA og TN MR er også kjøpt på samme emne og registrert i PET-CT-skanning for å etablere kvantitative MRI eiendommer innenfor den automatisk definert BAT maske. En fordel med denne tilnærmingen er at segmentering er fullstendig automatisert og er basert på allment aksepterte metoder for identifisering av aktivert BAT (PET-CT). De kvantitative MR egenskapene til BAT etablert ved hjelp av denne protokollen kan tjene som grunnlag for en MR-bare BAT undersøkelse som unngår stråling i forbindelse med PET-CT.

Anskaffe både MR og PET-CT-skanning på samme emne, og utfører co-registrering på alle skanninger muliggjør pålitelig måling av kvantitative MR beregninger av BAT. Figur 1 viser ubehandlet varm (TN) og kald (CA) PET-CT og MR skanninger fra ett fag. Ved å anskaffe både TN og CA PET-CT-data, er det mulig å skille klart de kalde-aktivert BAT depoter av økte med 18 F-FDG opptak. Etter ko-registrering av alle fire skanner (figur 2 og 3), er det mulig å ...

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

Metoden som presenteres her bruker 18 F-fluorodeoxyglucose (18 F-FDG) positronemisjonstomografi / computertomografi (PET-CT) og fett-vann separert magnetic resonance imaging (MRI), hvert skannet etter to timers eksponering for termonøytralt (24 ° C ) og kalde betingelser (17 ° C) for å kartlegge brune fettvev (BAT) hos voksne mennesker.

Menneskelig brunt fettvev depoter automatisk segmentert etter Positron Emission Tomography / Datatomografiscanning og Registrert 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

Kvantifisering av aterosklerotisk plakk aktivitet og Vaskulær Betennelse med [18-F] Fluorodeoxyglucose emisjontomografi / computertomografi (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

Non-invasiv Imaging and Analysis of hjerneiskemi levende rotter hjelp 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 av interscapular brunt fettvev

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, Identifikasjon, og Eksisjon av murine adipose 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

Innkapsling Thermogenic preadipocytes for Transplantasjon inn fettvev 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 av menneskelig fettvev mikrovaskulær funksjon med 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

Karakteristikk av immunceller i menneskelig fettvev ved hjelp av 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 kvantifisering av aktiv person brune fettvev med 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 blodprøve i små dyr positron utslipp tomografi/beregnet tomografi muliggjør måling av arteriell input-funksjonen

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