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.

OBS: lokala etiska kommittén i detta institut godkänt denna studie, och alla ämnen som skriftligt informerat samtycke före deltagande. För att vara berättigad till studien, måste försöks uppfylla följande krav: ingen känd diabetes mellitus; ingen användning av betablockerare eller ångest mediciner, för närvarande eller i det förflutna; inte röka eller tugga tobak, för närvarande eller i det förflutna; inte mer än fyra koppar koffein varje dag; inte mer än 2 glas alkohol varje dag; och om kvinnor, i...

Den beskrivna studieprotokollet är utformad för att använda både termo och kall aktiverade PET / CT för att automatiskt segment BAT depåer på en ämnesspecifik basis. Dessa automatiskt genererade områden av intresse kan sedan tillämpas på både termoneutrala och kall aktiverade MRT som har samar registrerats till PET / CT-scanning av samma ämne. Så vitt vi vet är detta den första forskningen att utföra både MR och PET / CT efter termoneutrala och kall aktiverade villkor på samma frisk vuxen människa vo...

På grund av den markanta ökningen av fetma i hela världen, det finns ett ökat intresse för forskningsområden som syftar till att förstå energibalans. Fetma kan leda till kostsamma och förödande medicinska tillstånd som diabetes, leversjukdom, hjärt-kärlsjukdomar och cancer, vilket gör det till en betydande problemområde för folkhälsan 1. Ett forskningsområde som syftar till att förstå balansen av energiintaget kontra energiförbrukningen är studiet av brun fettvävnad eller BAT. Även kallas en fettvävnad, BAT skiljer sig från den vanligare vita fettvävnad (WAT) på många sätt 2. Funktionen av vita adipocyter är att lagra triglycerider i en enda stor lipid vakuolen per cell, och att frigöra dessa triglycerider som en energikälla i blodströmmen när det behövs. I ett helt annat sätt, är funktionen av bruna adipocyter för att producera värme. En mekanism genom vilken detta sker är genom exponering för kyla. Detta orsakar en ökning av sympathetic nervsystemet aktivitet, vilket i sin tur aktiverar BAT. När den aktiveras, bruna adipocyter generera värme. För att göra det använder de triglyceriderna som finns i de många små lipid vakuoler per cell, och genom närvaron av frikopplingen protein 1 (UCP1) i rikliga mitokondrier, konvertera triglyceriderna till metaboliska substrat utan produktionen av ATP, vilket resulterar i entropisk förlust som värmealstring. Som triglyceriderna lagrade i de små fett vakuoler är uttömda, tar adipocyt upp både glukos och triglycerider i blodet strömmen 3. Intresset för att studera BAT har ökat dramatiskt under de senaste åren på grund av dess bidrag till icke-frossa thermogenesis, dess roll i modulera kroppens energiförbrukning, och potentialen omvänt förhållande mellan BAT och fetma 3-9. Dessutom senaste djurstudier tyder BAT spelar en avgörande roll för att clearing triglycerider och glukos from i blodomloppet, särskilt efter intag av en fettrik måltid 10,11. Dock är det mesta av vad vi vet om BAT ett resultat av forskning i små däggdjur, som innehåller många depåer av BAT 4,9,12 - 15. Trots några tidiga studier 16-18, var förekomsten av BAT hos människor allmänt tros minska med åldern tills nyligen då intresset för att studera människans BAT har förnyats. Aktuell forskning visar att relativt små mängder av BAT kvarstår i vuxen ålder 19-24. En ytterligare begränsande faktor att studera BAT är att bortsett från biopsi och histologisk färgning, är den för närvarande accepterade entydig metod för att detektera BAT 18 F-fluordeoxiglukos (18 F-FDG) positronemissionstomografi (PET). Moderna PET-skannrar är oftast kombinerat med en datortomografi (CT) scanner. När den aktiveras genom kall exponering, tar BAT upp 18 </sup&gt; F-FDG radioaktivt spår, vilket är en metabolisk analog av glukos, och blir synlig på PET bilder, i jämförelse med mycket lägre nivå på 18 F-FDG upptag när BAT är inaktiv 20,21,23,25. CT-bilder som förvärvats under en PET examen på en PET-CT-scanner hjälp att skilja mellan vävnader med hög 18 F-FDG upptag genom anatomisk information. Denna användning av PET-CT utsätter föremål för joniserande strålning (huvudsakligen från PET, även om dosen från datortomografi inte är försumbar), och är därför en oönskad metod för BAT detektering. Trots att antalet studier om BAT hos friska vuxna människor ökar, har nya studier av mänsklig BAT huvudsakligen begränsats till retrospektiv PET-CT studerar 19,25, mänskliga spädbarn kadaver 26,27, mänskliga ungdomar som redan har antagits till sjukhus för andra skäl 27-30, och några mänskliga studier av friska vuxna31 - 35. En av utmaningarna med både studier av barn och retrospektiva studier är möjligheten att förändrade resultat när man studerar en patientpopulation som är sjuk, vilket kan påverka BAT. Dessutom, eftersom glukos inte är den föredragna bränslekälla BAT 36, PET-studier inte alltid upptäcker aktiverad BAT, och kan därför underrepresent närvaron av BAT. En annan svårighet i att studera BAT med biomedicinsk avbildning är relaterad till att utföra bildsegmente att definiera gränserna för vävnadsdepåer. För närvarande bygger segmentering av BAT i humanstudier ofta på en viss grad av manuell bildsegmentering och är därför känsliga för felaktig identifiering av BAT depåer, samt inter-rater variabilitet. På grund av dessa utmaningar, pålitliga rumsliga kartläggningstekniker som kan skilja BAT från Wat distributioner, tillsammans med automatiserade segmenteringsmetoder, skulle ge utredarna med en kraftfull ny tillol med att studera BAT. Magnetisk resonanstomografi (MRT) har förmågan att identifiera, rumslig kartläggning, och volym kvantifiering av BAT, och till skillnad från existerande hybrid PET-CT imaging metoder som inkluderar en radioaktiv dos för den avbildade motivet, MRI innebär ingen joniserande strålning och kan användas på ett säkert sätt och upprepade gånger. Förmågan att identifiera och kvantifiera BAT med MRT kan ha en dramatisk positiv inverkan på klinisk endokrinologi och jakten på nya vägar för fetma forskning. Föregående fett-vatten-MRI (FWMRI) studier av BAT i både möss och människor visar att den fettsignal-fraktionen (FSF) av BAT är i intervallet 40 till 80% fett, medan WAT är över 90% fett 15,26 , 27. Vår hypotes är därför att denna kvantitativa FWMRI metriskt, tillsammans med andra kvantitativa MRI mätetal kan användas i det fortsatta arbetet för att visualisera och kvantifiera BAT depåer hos människor. Detta skulle ge forskarsamhället med ett kraftfullt verktyg för att studera BAT: s inflytande på uppfylltsabolism och energiförbrukning utan användning av joniserande strålning. Vår forskargrupp har studerat BAT hos vuxna människor under de senaste tre åren. Vår första offentliga presentationen om användningen av MRT för att undersöka misstänkta BAT i en vuxen människa ämne inträffade i februari 2012 vid International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM) Fett-Water Separation Workshop i Long Beach, Kalifornien 37. Två månader senare, presenterade vår grupp FSF värden i misstänkt BAT i två vuxna vid 20: e årsmöte ISMRM i april 2012 i Melbourne, Australien 38. Ett år senare vid st årsmöte 21 i ISMRM i april 2013 Salt Lake City, Utah, var det protokoll som beskrivs i detta manuskript används för första (så vitt vi vet) offentlig presentation av MRI kvantifiering av PET-bekräftad BAT i vuxen människa utsätter 39. Specifikt presenterade vi bevis för att previously misstänkt BAT bekräftades vara aktiverbar BAT med både kall aktiverade och termo 18 F-FDG PET-CT. Sedan 2013, vårt kohort av friska vuxna mänskliga försöks avbildas med både MR och PET / CT i termoneutrala och kall aktiverade förhållanden har expanderat till mer än 20 personer med resultat senast presenterade i februari 2014 workshopen &quot;Exploring roll Brown Fat i människor &quot;sponsrad av NIH NIDDK 40. Specifikt rapporterade vi FWMRI FSF och R2 * avslappnings fastigheter i regioner av supraklavikulära BAT bekräftats av 18 F-FDG PET-CT i vuxna människor, med BAT ROI avgränsas med hjälp av automatiserade segmente algoritmer baserade på kall aktiverade och termo PET-CT skanningar. Senast vi presenterade resultaten av kartläggningen temperatur i 18 F-FDG PET-CT bekräftade BAT i vuxna människor med hjälp av avancerad FWMRI termometri 41,42. Förfarandet presenteras här förvärvars både MR och 18 F-FDG PET-CT skannar om samma ämne, var och efter exponering för både kall aktiverade och termoneutrala förhållanden. De kall aktiverade och termoneutrala 18 F-FDG PET-CT skannar används för att automatiskt skapa segmente BAT områden av intresse (ROI), på en ämnesspecifik basis. Dessa BAT ROI sedan tillämpas på co-registrerade MRT att mäta MRI fastigheter i PET-CT bekräftade BAT. En begränsning av detta protokoll är att lufttemperaturen används när utsätta försöks till antingen varm eller kall stimulans är konsekvent för varje ämne. Detta är en begränsning, eftersom den temperatur vid vilken varje försöksperson upplevde känslan varm eller kyld kan vara olika. Därför, genom att köra en provperiod då lufttemperaturen justeras för att passa individens respons, och sedan använda dessa temperaturer under termoneutrala och kallaktiveringsprotokoll, kan det vara möjligt att få bättre svarfrån brun fettvävnad.

<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

Tillförlitligt differentiera brun fettvävnad (BAT) från andra vävnader med hjälp av en icke-invasiv avbildningsmetod är ett viktigt steg mot att studera BAT hos människor. DETECTING BAT typiskt bekräftas av upptaget av det injicerade radioaktivt spårämne 18 F-fluordeoxiglukos (18 F-FDG) i fettvävnad depåer, mätt med positronemissionstomografi / datortomografi (PET-CT) skanningar efter exponera föremål för kall stimulans . Fett-vatten separerade magnetisk resonanstomografi (MRT) har förmågan att skilja BAT utan användning av ett radioaktivt spårämne. Hittills MRT av BAT i vuxna människor har inte samar registrerats med kall aktiverade PET-CT. Därför använder detta protokoll 18 F-FDG PET-CT skannar att automatiskt generera ett BAT mask, som sedan tillämpas på co-registrerade MRT av samma ämne. Detta tillvägagångssätt möjliggör mätning av kvantitativa MRI egenskaper BAT utan manuell segmentering. BAT masker skapas från två PET-Datortomografi: efter exponering under 2 timmar till antingen termo (TN) (24 ° C) eller kall aktiverad (CA) (17 ° C) förhållanden. De TN och CA PET-CT-scanning är registrerade, och PET standardiserade upptags och CT Hounsfield värden används för att skapa en mask som endast innehåller BAT. CA och TN MRT är också förvärvas i samma ämne och registrerad i PET-CT skannar för att fastställa kvantitativa MRI hotell inom definieras automatiskt BAT mask. En fördel med denna metod är att den segmente är helt automatiserad och bygger på allmänt vedertagna metoder för identifiering av aktiverade BAT (PET-CT). De kvantitativa MRI egenskaper BAT etablerade användning av detta protokoll kan ligga till grund för en MR-only BAT undersökning som undviker strålningen i samband med PET-CT.

Förvärva både MRI och PET-CT skannar om samma ämne, och utföra co-registrering på alla skanningar möjliggör tillförlitlig mätning av kvantitativa MRI mått av BAT. Figur 1 visar den obearbetade varma (TN) och kall (CA) PET-CT och MR skannar från ett ämne. Genom att förvärva både TN och CA PET-CT-data, är det möjligt att tydligt skilja de kalla aktiverade BAT depåer av den ökade 18 F-FDG upptag. Efter samtidig registrering alla fyra scanningar (Figur 2 och <...

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 metod som presenteras här använder 18 F-fluordeoxiglukos (18 F-FDG) positronemissionstomografi / datortomografi (PET-CT) och fett-vatten separerade magnetisk resonanstomografi (MRT), varje skannad efter 2 tim exponering för termo (24 ° C ) och kalla förhållanden (17 ° C) i syfte att kart brun fettvävnad (BAT) hos vuxna människor.

Human brun fettvävnad Depåer Segmenterad Automatiskt genom positronemissionstomografi / datortomografi och Registrerade 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

Grundläggande kirurgiska tekniker i Göttingen minigris: Intubation, urinblåsan Kateterisering, Femoral fartyg Kateterisering och 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

Kvantifiering av aterosklerotisk plack aktivitet och vaskulär inflammation använda [18-F] fluordeoxiglukos Positron Emission Tomography / datortomografi (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

Icke-invasiv avbildning och analys av cerebral ischemi i Living Råttor Använda positronemissionstomografi 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 Luminiscens avbildning av interscapular Brun fettvävnad

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, Identifiering och Excision av murina Fett Depåer

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

Inkapslings Thermogenic preadipocyter för transplantation till fettvävnad Depåer

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

Bedömning av Human fettväv mikrovaskulära funktion med hjälp av 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 av immunceller i mänsklig fettvävnad med hjälp av flödescytometri

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

Hela kroppen och regionala kvantifiering av aktiva mänskliga brun fettvävnad använda 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 blodprovstagning i små djur positron emissions tomografi/datortomografi möjliggör mätning av arteriell input funktion

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