Name: quantitative [18f]-naf-pet-mri analysis for the evaluation of dynamic bone turnover in a patient with facetogenic low back pain
Uploaded: 2019-08-08T11:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantitative [18F]-Naf-PET-MRI Analysis for the Evaluation of Dynamic Bone Turnover in a Patient with Facetogenic Low Back Pain at JoVE.com

Il sostegno alla ricerca è stato fornito da NIH P50AR060752 e GE Healthcare. Vorremmo riconoscere il sostegno di Vahid Ravanfar.

Questo studio di fattibilità prospettico ha reclutato pazienti dopo aver ottenuto l'approvazione IRB dello studio umano e aver rispettato le normative HIPAA.
1. Fantasma
<ol><li>Riempire un fantasma cilindrico cavo con un inserto con cilindri cavi con una gamma di diametri (5 - 38 mm) con 185 MBq di [18F]-NaF.</li>
	<li>Generare una mappa di attenuazione dell'elemento fantasma utilizzando CT o un modello generato in precedenza per questo fantasma.</li>
	<li>Posizionare il fantasm...

<ol>
	<li>Brinjikji, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+literature+review+of+imaging+features+of+spinal+degeneration+in+asymptomatic+populations.">Systematic literature review of imaging features of spinal degeneration in asymptomatic populations.</a> AJNR American Journal of Neuroradiology. 36 (4), 811-816 (2015).</li><li>Binder, D. S., Nampiaparampil, D. 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J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+review+of+tests+to+identify+the+disc,+SIJ+or+facet+joint+as+the+source+of+low+back+pain.">Systematic review of tests to identify the disc, SIJ or facet joint as the source of low back pain.</a> European Spine Journal: Official Publication of the European Spine Society, the European Spinal Deformity Society, and the European Section of the Cervical Spine Research Society. 16 (10), 1539-1550 (2007).</li><li>Jenkins, N. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=[18)F]-Sodium+Fluoride+PET+MR-Based+Localization+and+Quantification+of+Bone+Turnover+as+a+Biomarker+for+Facet+Joint-Induced+Disability.">[18)F]-Sodium Fluoride PET MR-Based Localization and Quantification of Bone Turnover as a Biomarker for Facet Joint-Induced Disability.</a> AJNR American Journal of Neuroradiology. 38 (10), 2028-2031 (2017).</li><li>Czervionke, L. F., Fenton, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fat-saturated+MR+imaging+in+the+detection+of+inflammatory+facet+arthropathy+(facet+synovitis)+in+the+lumbar+spine.">Fat-saturated MR imaging in the detection of inflammatory facet arthropathy (facet synovitis) in the lumbar spine.</a> Pain Medicine. 9 (4), 400-406 (2008).</li><li>Phelps, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tomographic+measurement+of+local+cerebral+glucose+metabolic+rate+in+humans+with+(F-18)2-fluoro-2-deoxy-D-glucose:+validation+of+method.">Tomographic measurement of local cerebral glucose metabolic rate in humans with (F-18)2-fluoro-2-deoxy-D-glucose: validation of method.</a> Annals of Neurology. 6 (5), 371-388 (1979).</li><li>Brenner, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+different+quantitative+approaches+to+18F-fluoride+PET+scans.">Comparison of different quantitative approaches to 18F-fluoride PET scans.</a> Journal of Nuclear Medicine: Official Publication, Society of Nuclear Medicine. 45 (9), 1493-1500 (2004).</li><li>Schellinger, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facet+joint+disorders+and+their+role+in+the+production+of+back+pain+and+sciatica.">Facet joint disorders and their role in the production of back pain and sciatica.</a> Radiographics: A Review Publication of the Radiological Society of North America, Inc. 7 (5), 923-944 (1987).</li><li>Schett, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Joint+remodelling+in+inflammatory+disease.">Joint remodelling in inflammatory disease.</a> Annals of the Rheumatic Diseases. 66, 42-44 (2007).</li><li>Baum, R., Gravallese, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+inflammation+on+the+osteoblast+in+rheumatic+diseases.">Impact of inflammation on the osteoblast in rheumatic diseases.</a> Current Osteoporosis Reports. 12 (1), 9-16 (2014).</li></ol>

In questo manoscritto metodologico, abbiamo fornito informazioni sulla potenziale utilità della dinamica [18F]-NaF-PET-MRI per la valutazione di una vasta gamma di patologie ossee e abbiamo delineato le tecniche per l'immagine dinamica[18F]-NaF-PET-MRI l'acquisizione e l'analisi utilizzando le articolazioni sfaccettate lombare umane come regioni prototipiche di interesse. La doppia modalità PET-MRI consente l'acquisizione di dati PET dinamici in un periodo di tempo simile a quello richiesto solo p...

Le tecniche di imaging clinico standard della patologia ossea sono principalmente limitate alla caratterizzazione dei cambiamenti strutturali, che possono essere non specifici. Ad esempio, anomalie morfologiche asintomatiche legate al normale invecchiamento possono essere indistinguibili dalle alterazioni degenerative che sono responsabili di forti dolori e disabilità1. L'osso è un tessuto dinamico sottoposto a continuo rimodellamento con l'attività concorrente degli osteoblasti, che producono la nuova matrice ossea, e gli osteoclasti, la cui funzione è quella di eliminare l'osso mineralizzato2. [18F]-NaF è un radiotracciatore a emissione di positroni (PET) che consente la visualizzazione del metabolismo dei tessuti ossei. [18F]-NaF viene assorbito chimicamente nell'idrossiapatite nella matrice ossea dagli osteoblasti e può quindi rilevare in modo non invasivo l'attività osteoblastica, rilevando così un processo metabolico occulto alle tecniche di imaging convenzionali. Di conseguenza, [18F]-NaF è stato utilizzato per caratterizzare la patologia ossea in un numero crescente di disturbi ossei tra cui neoplasmi, malattie infiammatorie e degenerative dell'osso e delle articolazioni3,4,5 .
I dati PET sono più comunemente analizzati in modo semi-quantitativo, che può essere facilmente eseguito nella pratica clinica di routine con valori di assorbimento standardizzati (SUV). Come metrica, i SUV sono utili ai medici in quanto rappresentano l'assorbimento dei tessuti rispetto al resto del corpo6. I valori delle scansioni successive possono essere utilizzati per osservare cambiamenti nell'assorbimento a seguito del trattamento o della progressione della malattia. La natura numerica dei SUV aiuta anche a confrontare tra i pazienti e tra scansioni successive nello stesso paziente. L'algoritmo utilizzato per calcolare i SUV, Equation 1, presuppone che il tracciante sia equamente distribuito in tutto il corpo e che la massa magra del corpo rappresenti accuratamente l'intero volume del corpo. Di conseguenza, i SUV sono una misura semi-quantitativa. Per una determinata regione di interesse (ROI), SUVmax (il valore massimo di SUV all'interno di un ROI) e lamedia SUV (la media di tutti i SUV campionati all'interno di un ROI) sono comunemente utilizzati metriche SUV nella pratica clinica6.
La modellazione cinetica dei dati PET dinamici può essere eseguita anche per un'analisi quantitativa più dettagliata. Mentre l'acquisizione dei dati SUV è statica, la modellazione cinetica utilizza dati di immagine dinamici in cui i livelli di tracciante vengono continuamente acquisiti fornendo una dimensione temporale.  Dalla modellazione cinetica più complessa dei dati dinamici, i valori quantitativi e le metriche informative delle dinamiche di tracciamento possono essere estratti rispetto all'attività misurata nei dati immagine. Un modello di compartimento a due tessuti di esempio impiegato per la modellazione cinetica dinamica è illustrato nella figura 17.  Cp è la concentrazione di tracciante nel plasma sanguigno, mentre Ce t rappresentano la concentrazione nello spazio interstiziale non legato e nel tracciante legato rispettivamente nella matrice ossea bersaglio. K1, k2, k3, k4sono 4 parametri di velocità che descrivono il modello cinetico per il lavaggio e l'attacco tracciativi. K1 descrive il tracciante prelevato dal plasma arterioso nello spazio interstiziale (Ct), k2 descrive la frazione di tracciante che si diffonde dallo spazio interstiziale al plasma k3 descrive il tracciante che si sposta da interstiziale (Ce) spazio all'osso (Ct) e k4 descrive il tracciante che si sposta dall'osso (Ct) allo spazio interstiziale (Ce).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58491/58491fig1.jpg"> Figura 1 . Un modello di scomparto a due tessuti campione per la modellazione cinetica dinamica. Cp è la concentrazione del tracciante nel compartimento del plasma sanguigno,la concentrazione di tracciari libera e non specificamente legata nel tessuto e la concentrazione del tracciante Ct specificamente legata nel tessuto. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58491/58491fig1large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Il modello cinetico Patlak produce Ki_Patlak come misura del tasso di afflusso del radiotracer (mL/ccm/min, cm cubico e ccm) dalla pozza sanguigna alla matrice ossea. Il tasso di afflusso tracciante dalla pozza sanguigna alla matrice ossea può quindi essere calcolato utilizzando l'equazione 2 e l'equazione 3 per Ki_Patlak e Ki_NonLinear rispettivamente. Ki_Patlak e Ki_NonLinear sono le velocità con cui [18F]-NaF lascia la pozza di sangue arterioso e si lega in modo irreversibile a una matrice ossea del sito secondario, utilizzando rispettivamente i due modelli. Una differenza tra il modello cinetico Patlak e quello non lineare consiste nell'utilizzo dei dati dinamici. Il modello Patlak richiede che l'equilibrio sia raggiunto e quindi calcola il tasso di afflusso dalla pendenza lineare stabilita. Il modello cinetico Patlak produce velocità di afflusso Ki_Patlak, utilizzando un tempo di 24 minuti per l'equilibrato del pool di plasma, Cp, alla piscina non associata, Cu.  Il tempo di 24 minuti può cambiare a seconda del tempo trovato per tutti i siti secondari per raggiungere con il pool di plasma nel campione. Il modello non lineare più rigoroso dal punto di vista computazionale utilizza l'intero dato temporale per adattarsi a una curva.
L'obiettivo di questo manoscritto metodologico è quello di delineare tecniche dettagliate per l'esecuzione dinamica [18F]-NaF-PET-MRI.  L'articolazione sfaccettata lombare è un sito comune di malattia degenerativa dell'artrite e una causa comune per il mal di schiena assiale8.  Studi recenti suggeriscono che [18F]-NaF-PET-MRI può servire come biomarcatore utile della malattia facetogenica dolorosa9.  Le articolazioni della sfaccettatura lombare umana di un singolo paziente con mal di schiena facetogenico saranno quindi analizzate come un ROI prototipo per l'analisi dinamica [18F]-NaF-PET-MRI.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1045px;" width="1046">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">Gadolinium Contrast agent (Gadovist)</td>
			<td style="width:211px;">Bayer</td>
			<td style="width:271px;">na</td>
			<td style="width:257px;">1.0mmol/ml solution for IV injection.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">[18F]-NaF Radiotracer</td>
			<td style="width:211px;">na</td>
			<td style="width:271px;">na</td>
			<td>2.96 MBq/kg</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">GE Signa PET-MRI Scanner</td>
			<td style="width:211px;">General Electric</td>
			<td style="width:271px;">na</td>
			<td>3.0Tesla 60cm Bore PET-MRI scanner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:307px;">PMOD Kinetic Modeling Software</td>
			<td style="width:211px;">PMOD Technologies, LLC</td>
			<td style="width:271px;">na</td>
			<td>Version 3.8</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantitative [18f]-naf-pet-mri analysis for the evaluation of dynamic bone turnover in a patient with facetogenic low back pain

Le tecniche di imaging che riflettono il turnover dinamico osseo possono aiutare a caratterizzare un'ampia gamma di patologie ossee. L'osso è un tessuto dinamico sottoposto a continuo rimodellamento con l'attività concorrente degli osteoblasti, che producono la nuova matrice ossea, e gli osteoclasti, la cui funzione è quella di eliminare l'osso mineralizzato. [18F]-NaF è un radiotracer a emissione di positroni (PET) che consente la visualizzazione del metabolismo osseo. [18F]-NaF viene assorbito chimicamente nell'idrossiapatite nella matrice ossea dagli osteoblasti e può quindi rilevare in modo non invasivo l'attività osteoblastica, che è occulta alle tecniche di imaging convenzionali. La modellazione cinetica dei dati dinamici [18F]-NaF-PET fornisce misure quantitative dettagliate del metabolismo osseo. I dati PET semi-quantitativi convenzionali, che utilizzano valori di assorbimento standardizzati (SUV) come misura dell'attività del radiotracciante, sono indicati come una tecnica statica a causa della sua istantanea dell'assorbimento del tracciante nel tempo.  La modellazione cinetica, tuttavia, utilizza dati di immagine dinamici in cui i livelli di tracciante vengono continuamente acquisiti fornendo una risoluzione temporale di acquisizione tracciante. Dalla modellazione cinetica dei dati dinamici, è possibile estrarre valori quantitativi come il flusso sanguigno e il tasso metabolico (cioè metriche potenzialmente informative delle dinamiche traccianti), il tutto rispetto all'attività misurata nei dati immagine. In combinazione con la DOPPIA modalità PET-MRI, i dati cinetici specifici della regione possono essere correlati con informazioni strutturali e patologiche ad alta risoluzione registrate anatomicamente offerte dalla risonanza magnetica. L'obiettivo di questo manoscritto metodologico è quello di delineare tecniche dettagliate per l'esecuzione e l'analisi dei dati dinamici[18F]-NaF-PET-MRI. L'articolazione sfaccettata lombare è un sito comune di malattia degenerativa dell'artrite e una causa comune per il mal di schiena assiale.  Studi recenti suggeriscono che [18F]-NaF-PET può servire come biomarcatore utile della dolorosa malattia facetogenica.  L'articolazione della sfaccettatura lombare umana sarà quindi utilizzata come regione prototipo di interesse per l'analisi dinamica[18F]-NaF-PET-MRI in questo manoscritto.

18 mi lato I valori di assorbimento di NaF-PET sono misurati nelle articolazioni bilaterali di sfaccettatura ai livelli vertebrali da L1-L2 a L5-S1 per un totale di 10 ROI in un singolo paziente rappresentativo con mal di schiena assiale. Rappresentante [18F]-NaF-PET, grasso T2 assiale soppresso e immagini MR assiali T1 post-contrasto soppresse tramite il livello dei giunti di sfaccettatura L3-L4 sono mostrate nella Figura 2.  Il Ki_Patlak, SUVmedia</su...

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Quantitative [18F]-Naf-PET-MRI Analysis for the Evaluation of Dynamic Bone Turnover in a Patient with Facetogenic Low Back Pain

Quantitativo [18F]-Naf-PET-MRI Analisi per la valutazione del fatturato osseo dinamico in un paziente con mal di schiena facetogenico

Le tecniche di imaging che riflettono il turnover dinamico osseo possono aiutare a caratterizzare un'ampia gamma di patologie ossee. Presentiamo metodologie dettagliate per l'esecuzione e l'analisi di dati dinamici [18F]-NaF-PET-MRI in un paziente con lombalgia tonogenica utilizzando le articolazioni sfaccettate lombare come regione prototipo di interesse.

Imaging techniques that reflect dynamic bone turnover may aid in characterizing a wide range of bone pathologies. Bone is a dynamic tissue undergoing ...

Con questa tecnica, utilizziamo PET-MRI per identificare biomarcatori fisiologici del turnover osseo. Crediamo che questi biomarcatori fisiologici possano riflettere più accuratamente la patologia articolare delle sfaccettature rispetto alle immagini statiche di TC e RISONANZA MAGNETICA. Crediamo che questa tecnica possa aiutarci a identificare articolazioni dolorose e sintomatiche nella colonna lombare.Speriamo anche che questa tecnica possa essere applicata ad altre regioni della colonna vertebrale, come la colonna cervicale e toracica per l'identificazione delle articolazioni sintomatiche della sfaccettature e persino la malattia degenerativa del disco. Per l'acquisizione simultanea di PET e risonanza magnetica o risonanza magnetica, utilizzando una bobina di array di imaging molecolare centrale a matrice posteriore e un imager 3.0 PET e MR, centrare il campo visivo in entrambe le modalità di imaging per coprire la regione della colonna vertebrale inferiore da T-12 a S-3. Impostare i parametri appropriati per un'acquisizione di PET e per una sequenza di risonanza clinica per un protocollo della colonna lombare.Immediatamente prima di acquisire le sequenze di RISONANZA, iniettare per via endovenosa 0,1 millimetri per chilogrammo di contrasto gadobutrolo nella fossa precubitale del paziente e una dose radioattiva di fluoruro di sodio F-18 da 2,96 megabecquerel per chilogrammo. Successivamente, utilizzando tre fasi temporali separate centrato sulla colonna vertebrale inferiore, eseguire una scansione PET dinamica di 60 minuti acquisendo la prima fase della scansione con 12 fotogrammi di 10 secondi ciascuno, la seconda fase di quattro fotogrammi da 30 secondi ciascuno e l'ultima fase di 14 fotogrammi di quattro minuti ciascuno. Quindi impostare un campo visivo di 60 centimetri con un taglio del filtro di tre millimetri, un filtro standard dell'asse Z, nessun filtro 3D cardiaco, 28 sottoinsiemi e una massimizzazione delle aspettative dei sottoinsiemi ordinati nel tempo di volo con quattro iterazioni per ricostruire i dati PET sulla console.Per l'analisi delle immagini PET e MR acquisite, trasferire le immagini in una stazione di lavoro dedicata attrezzata per analizzare i dati dinamici in PET. Individuare le articolazioni bilaterali della sfaccettature della colonna lombare da L-1 a L-2 e da L-5 a S-1. Triangolare visivamente con le immagini T-2 MR del piano sagittale e assiale e registrare il numero della fetta del centro approssimativo per identificare il punto centrale di ogni giunto di sfaccettature lombari.Con i dati del paziente aperti nella scheda visualizza, fare clic sul pulsante volume di interesse e selezionare l'oggetto sfera. All'interno della finestra popup predefinita, immettete 7,5 millimetri come raggio e fate clic su crea nuovo volume di interesse. Fare clic con il pulsante sinistro del mouse per posizionare un volume sferico di interesse di 7,5 millimetri al centro di ogni giunto di sfaccettature, regolando la sfera facendo clic e trascinando a sinistra fino a quando il volume non è visivamente centrato sulla sfaccettature.Quando un volume di interesse è stato posizionato su ogni sfaccettature, posizionare un volume sferico di cinque millimetri di interesse nella cresta iliaca destra nella cavità centrale del midollo per escludere il coinvolgimento della corteccia come regione di riferimento. Quindi posizionare il volume di interesse in modo che i bordi siano completamente all'interno del midollo. Fare clic con il pulsante destro del mouse sull'immagine assiale e selezionare l'ispezione dei dati per misurare il diametro dell'aorta addominale prossimale alla sua biforcazione.Per calcolare il coefficiente di correzione parziale del volume, fare clic a sinistra sul lato destro della parete aortica e spostare il cursore sul lato sinistro della parete aortica per registrare la distanza del diametro della parete aortica nella finestra di ispezione dati. Quindi, fare clic con il pulsante volume di interesse e selezionare l'area del cerchio di interesse per creare un'area circolare di interesse con un raggio di metà del diametro aortico. Fate clic su crea nuovo volume di interesse e fate clic con il pulsante sinistro del mouse al centro dell'aorta, riposizionando il volume in base alle esigenze per garantire che il cerchio approssima la posizione della parete aortica.Quindi scendi una fetta nel piano assiale e crea una seconda regione circolare di interesse per creare una regione cilindrica di interesse dalle due regioni circolari di interesse sovrapposte. Per creare un input arterioso parziale corretto per il volume, utilizzare i coefficienti di recupero derivati dal fantasma della tomografia computerizzata PET per applicare i coefficienti di recupero alla misurazione basata sull'immagine sull'aorta decrescente. Quindi sostituire questo input arterioso parziale corretto per volume nel software di analisi delle immagini per l'uso nella modellazione cinetica e l'accurata quantificazione della cinetica del tracciante.Qui, rappresentato dal fluoruro di sodio F-18 PET, dal grasso assiale T-2 soppresso e dal grasso assiale T-1 post-contrasto soppresso le immagini MR attraverso il livello delle articolazioni sfaccettate da L-3 a L-4 possono essere visti. In questa tabella sono stati riassunti il modello cinetico patlak, il valore di assorbimento standardizzato medio e massimo e il grado di artropatia sfaccettata mri per ciascuna delle 10 articolazioni sfaccettate campioste in un paziente rappresentativo. Quando i tassi di afflusso del modello cinetico Patlak del paziente sono stati tracciati rispetto alla media standardizzata del valore di assorbimento e ai gradi di artropatia della sfaccettature a base di risonanza prima, l'articolazione della sfaccettature con il più alto grado di risonanza prima dell'artropatia degenerativa della sfaccettature aveva il modello cinetico Patlak più alto e valori medi standardizzati del valore di assorbimento.Siamo nel bel mezzo di uno studio clinico per convalidare la nostra tecnica in pazienti con dolore articolare della sfaccettature lombare. Non vediamo l'ora di pubblicare presto questi dati. C'è una ripida curva di apprendimento per capire come fare l'analisi con il software PET MR.Inoltre, può essere difficile individuare le articolazioni sfaccettate per quelle persone che non hanno familiarità con l'anatomia spinale. Di conseguenza, riteniamo che una rappresentazione visiva delle fasi di elaborazione delle immagini migliorerà notevolmente la comprensione del nostro processo.

Research

JoVE Journal

Medicine

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