Ücretsiz, açık kaynak yazılım kullanarak, toplam ve bölgesel kahverengi yağ dokusundan (BAT) birim ve 18F-FDG PET/CT kullanarak yarasa metabolik etkinliğini ölçmek için analitik bir yaklaşım geliştirdik
Endotermik hayvanlarda, kahverengi yağ dokusundan (BAT) vücut sıcaklığı soğuk yanıt olarak savunmak için ısı üretmek için etkinleştirilir. Enerji harcamak için BAT’ın yeteneği obezite ve ilişkili metabolik bozukluklar insanlarda iyileştirmek yeni tedaviler için potansiyel bir hedef yaptı. Bu doku de küçük hayvanlarda çalışılmıştır rağmen BAT’ın termojenik kapasite insanlarda hacmi, etkinlik ve dağıtım ölçüm zorluklar nedeniyle büyük ölçüde bilinmeyen kalır. Belirlenmesi ve etkin insan BAT miktarının sık 18F-florodeoksiglikoz (18F-FDG) Pozitron emisyon tomografisi kullanılarak gerçekleştirilir ve soğuk-pozlama veya farmakolojik harekete geçirmek takip Bilgisayarlı Tomografi (PET/CT) inceden inceye gözden geçirmek. Burada toplam vücut bir açık kaynak yazılım kullanarak insan BAT 18F-FDG PET/CT inceden inceye gözden geçirmek ölçmek için bir detaylı görüntü analizi yaklaşımı açıklamak. Kullanıcı tarafından belirtilen bölgeler ilgi ortak yarasa-dokulara, ölçü yarasa hacmi ve etkinliği, kaçınırken metabolik olarak aktif yağ dokusu tanımlamak için ve daha fazla anatomik dağılımı ayırdetmek için çizim göstermektedir. Bu titiz yaklaşım zaman alıcı olsa da, sonuçta gelecekteki otomatik yarasa miktar algoritmalar geliştirmek için bir temel sağlayacaktır inanıyor.
Obezite dünya çapında1 artan yaygınlığı önlemek ve obezite ve onun ilişkili komplikasyonlar iyileştirmek için yeni tedavi hakkında soruşturma açtı. Obezite kısmen aşırı enerji beyaz Yağ dokusundan (WAT) trigliserid2formunda depolanan kaynaklanmaktadır. Kahverengi yağ dokusundan (BAT) WAT en önemlisi yüksek mitokondrial içeriği, daha küçük ve multilocular lipid damlacıkları, farklı anatomik dağıtım, daha sempatik innervasyon ve yetenek üreten ısı nedeniyle farklıdır. YARASA bir kez sadece küçük memeliler ve yenidoğan bebeklerde var düşünülüyordu rağmen fonksiyonel yarasa varlığı 20093,4,5Yetişkin insanlarda doğrulandı. İnsan BAT termojenik kapasitesi henüz bilinmiyor, ama o sigara titreyerek termojenezdeki metabolizmalarını soğuk-pozlama6sırasında % 60 kadar oluşturan küçük hayvanlarda yoğun çalışma göstermiştir. Sonuç olarak, insan BAT şimdi tedavi ve korunma obezite ve ilgili bozukluklar7için hedef olarak keşfedilmeden. Çeşitli klinik çalışmalarda yarasa termojenezdeki hafif soğuk pozlama8,9,10tarafından ilişkilendirir etkinleştirme üzerine artan glikoz alımı ve enerji harcama ile göstermiştir. Henüz soğuk kaynaklı termojenezdeki kalır tartışmalı11,12,13,14, nasıl insan BAT15ölçmek için etrafında merkezli çok tartışma ile BAT’ın katkısı. YARASA termojenezdeki savaş obezite için harnessed olabilir eğer daha iyi anlamak için birim ve metabolik aktivite doğru bir ölçüm için önemlidir.
Yarasa hassas ölçümler elde etme BAT’ın benzersiz anatomik dağıtım insanlarda nedeniyle meydan okuyor. YARASA boyun, göğüs ve karın komplikasyonsuz biyopsi14için erişilemez siteleri içinde beyaz yağ depoları içinde dağıtılır. Otopsi yarasa anatomik olarak karakterize etmek için kullanılan16ama vardır çoğu için olanaksız araştırma laboratuvarları büyük çalışmalar yapıyor ve boyuna veya fonksiyonel bilgileri sağlayamaz. YARASA WAT için benzer bir yoğunluğa sahiptir ve dar Fasial katmanlar veya WAT16ile serpiştirilmiş küçük cepler oluşabilir beri bir tek, konvansiyonel görüntüleme tekniği kullanılarak tespit etmek zordur. Bu heterojenlik da yarasa otomatik miktar miktar karaciğer17gibi homojen yapıların daha zor hale getirir.
Bu zorlukları aşmak için BAT hacmi ve etkinliği genellikle Bilgisayarlı Tomografi (BT) ve Pozitron emisyon tomografisi (PET) kaplin sayısal. Radiolabeled glikoz analog 18F-Fluourodeoxyglucose (18F-FDG) BAT metabolik aktivite18eğitim için en çok kullanılan izleyici’dir. Yağ dokusu diğer doku ve hava CT resimdeki Hounsfield birimleri (HU) olduðunuz yoğunluğu bilgileri temel alan farklı. Evde beslenen hayvan görüntüleri 18F-FDG standart alımını değerleri (SUV) birimlerinde doku hacmi içine alınan miktarını gösterir. Etkin yarasa WAT ve etkin olmayan yarasa, CT taramaları karşılık gelen ve uygun bir SUV eşik seçimi ile evde beslenen hayvan görüntüleri co yaptırarak gibi önemsiz izleyici alımı ile dokusundan ayrılmış olabilir.
Bu kağıtta, klinik araştırmacılar tarafından insan BAT 18F-FDG PET/CT tarayıcıları kullanarak ölçmek için kullanılan bir öğretim video ile adım adım bir yaklaşım sunmayı amaçlamaktadır. Subject(s) soğuğa maruz veya farmakolojik yarasa uyarıcı ile tedavi sonra bu görüntü analiz tekniği ideal olarak kullanılır. Özellikle, biz nasıl bölgeler (ROIs) ilgi oluşturmak kullanıcılar için yanlış pozitif bir ücretsiz, açık kaynak görüntü işleme yazılımı (ImageJ) kullanarak bir özel eklenti (petctviewer.org ile) en aza indirerek göstermek. Bu yaklaşımın sonucu yarasa birim, aktivite (glikoz alımı) ve bireysel çalışma bireylerde anatomik dağıtım eğitim için kullanılabilir.
Beri onay Yetişkin insanlarda fonksiyonel yarasa yarasa rol insan fizyolojisi anlamada büyük ilgi olmuştur. Çünkü bu termojenik doku kez bulunur ancak, Fasial uçak, beyaz yağ içinde serpiştirilmiş ve diğer organlara ölçmek için zorlu ‘s çevreleyen dar. 2016 yılında, bir uzlaşma belgesi ilgili katılımcı özellikleri, konu hazırlık için ölçütleri ve PET/BT görüntüleri21edinme için bir protokol bildirdiği için öneriler ile bir uluslararası yarasa uzman paneli tarafından yayımlandı. Panel, aynı zamanda daha fazla tutarlılık PET/CT işleme yöntemleri yarasa tanımlamak için yaygın olarak çeşitli var belirterek yarasa miktar için ve çoğu durumda ihtiyacını tespit sadece sınırlı ayrıntı yarasa miktar yordam sağlanır. Sonuç olarak, raporlar içinde çalışma tekrarlanabilirlik yüksek22,23,24olmakla birlikte, kayda değer farklı yarasa hacmi ve etkinliği bildirilmiştir farklı miktar yöntemlerle gruplarınca bile Katılımcılar benzer yaş, cinsiyet ve BMI25,26vardır. Bu tutarsızlıklar karşılaştırma bulgular zorlaştırır ve yarasa miktarı yetişkin insan15üzerinden bir tartışma için açmıştır.
Bir doğal PET/CT görüntü işleme evde beslenen hayvan ve CT ölçütlere uyan ancak yapıları yarasa dışında karşılık anatomik konumlarda olan voxels dahil kısıtlamasıdır. Evde beslenen hayvan ve CT görüntülerin mükemmel co-kayıt taramalar sırasında çözünürlük ve konu hareket farklılıkları nedeniyle neredeyse imkansız. Sonuç olarak, yapıları çevreleyen, hava veya kemik ve bölgeler yüksek izleyici Alım kez yanlış etkin yarasa gibi tanımlanır. Yanlış pozitif voxels eklenmesi sınırlamak için yalnızca kullanıcılar oluşturmak ROIs içinde evde beslenen hayvan ve CT ölçüt uygulamalıdır. Ancak kullanıcı katılımı ve ihtiyaç duydukları bilgi miktarı SOPASI kullanıcı tarafından belirtilen ROIs veya otomatik analizleri ile ölçmek için güncel yaklaşımları farklı. Biz tek bir kullanarak, iki boyutlu kullanıcı tanımlı koronal ROI görüntüleri tüm yığına uygulanan yanlış pozitif alanları19dahil olmak üzere daha fazla eğilimli olabileceğini göstermiştir. Çeşitli gruplar hızla çok kullanıcı girişi büyük veri işleyebilme yeteneği olan BAT ölçmek için otomatik yöntemler geliştirdik. Ancak, bu yöntemler de tüm olası yarasa içeren bölgelerin, özellikle alt vücut27‘ eklemek veya yanlış pozitif28 nispeten yüksek oranda uğramak başarısız ve26yanlış negatifler. İnsan BAT hacmi genellikle düşük olduğundan (< 600 mL, ya da < %2 oranında toplam vücut kitle), miktar küçük mutlak hataları için büyük göreceli farklılıklar neden olabilir.
Bu çalışmada ROIs her Aksiyel PET-CT dilim üzerinde çizim tarafından açıklanan daha titiz yaklaşım yanlış pozitif durumlar hariç var daha fazla güven sağlarken yarasa algılama dar Fasial katmanlar halinde sağlar. Bu ikili bir değerlendirme BAT’ın varlığı veya yokluğu29yerine her individial detaylı bir miktar verir. Bu nedenle, yarasa fizyolojisi ve/veya müdahaleler etkilerinden çalışma isteyen küçük örnek boyutlarda kontrollü deneyler için daha uygun olabilir. Ayrıca, bölgeye özgü BAT depoları tanımlama yeteneği BAT’ın işlevsel alaka ve gelişimsel kökenli içine daha fazla fikir sağlayabilir. Biz bu nicel tedbirleri araziyi, aynı zamanda enerji metabolizması ve termoregülasyon Yetişkin insanlarda daha iyi tahmin BAT’ın katkısı sadece karşılaştırma için önemli olduğuna inanıyorum.
BAT çeşitli anatomik özellikleri yanlış pozitif voxels bizim yöntem sınırı dahil Advertising. YARASA genellikle sürekli ve simetrik Fasial katmanlar halinde bulunur. Böylece, çizim ve rafine bir yatırım Getirisi için süreklilik ve simetri seçili yağ dokusunun üst ve AST Aksiyel dilimleri inceleyerek yağ doku dahil iskelet kas, kemik ve diğer en aza indirirken dahil en üst düzeye çıkarmak kullanıcıların yardımcı olabilir Açık yarasa-yapıları. Kullanıcılar bu alanlarda ROIs oluştururken önlemek için tavsiye yüzden etkin yarasa de subkutan yağ depoları içinde nadiren vardır. İletişim kuralında belirtildiği gibi yarasa birkaç farklı anatomik bölgeler, servikal dahil olmak üzere, dorsocervical, Supraklaviküler, aksiller, mediastinal, paraspinal ve karın depoları içinde dağıtılır. Aksiyel bir dilim Mayıs ki bu depoları dağıtılır içeren daha çok yarasa birden çok depoları. Örneğin, göğüs bölgesinde Aksiyel bir dilim yarasa mediastinal depo (proksimal ve anterior), paraspinal depo (proksimal ve arka omurga boyunca) ve aksiler depo (yanal ve orta-antero-posterior satırın yakınında) içerebilir. Bu depoları bilgisine ROIs vücudun çeşitli bölgelerinde oluşturmak kullanıcılar yardımcı olabilir, onlar meydana beri önceden açıklanan bizim iletişim kuralında tanımlandığı gibi büyük ölçüde bitişik konumlardır. Ancak, kullanıcılar tek bir yatırım Getirisi dilim başına YG örtüşme önlemek için çizmek için teşvik ediyoruz çünkü bir yarasa maskesi üretme ve sagittal ROIs çizim ek adımlar daha önce tanımlanmış yarasa voxels ayrı bölgesel depoları Eğer ayrı için gereklidir YARASA dağıtım bilgileri isteniyorsa, mediastinal ayıran Yani , paraspinal ve aksiller depoları aynı Aksiyel ROI algılanan yarasa sagital konuma (şekil 3) göre.
PET/CT Görüntüleyici yazılım de BAT, örneğin hangi Ayrıca büyük çalış rolü soğuk thermogenesis19veya olmuştur beyin ya da karaciğer çeşitli alanlarda indüklenen iskelet kas titreme dışında dokuların etkinliği ölçmek için kullanılabilir referans doku PET/CT analiz21olarak önerdi. Ancak, bu dokuların yoğunlukları ve BAT farklı ve bizim geçerli protokol odak dışında olan anatomik dağıtımları olacak. Bu konularda21tarihinde okuyucuların daha fazla ayrıntı için uzlaşma belgeye doğrudan. Son olarak, sürekli ImageJ güncelleştirmek ve petctviewer.org eklenti güncellemeleri ve yazılım yardım için ziyaret için tüm kullanıcılara tavsiye ediyoruz.
Bu titiz yöntemi otomatik yöntemleri26,28 ve Basitleştirilmiş, tek bir yatırım Getirisi toplam yarasa cilt9,30tahmin etmek için yöntemler daha hassas olduğunu düşünüyoruz, bu sınırlamalar değildir. İnvaziv olmayan insanlarda yarasa ölçmek için ideal bir yöntem yoktur ve yalnızca glikoz metabolizması11aynı değildir glikoz alımı 18F-FDG temsil eder. Ancak, 18F-FDG insan BAT çalışırdım en önemli izleyici olmasına rağmen diğer radyoaktif tarayıcıları kullanılan31,32,33, olmuştur. Böylece, 18F-FDG PET/BT görüntüleri analiz etmek için standart yöntemler geliştirmek için yakın gelecekte insan BAT fizyolojisi çalışmada etkili olmaya devam edecektir.
Biz teklif, yöntem bir yatırım Getirisi her yarasa içeren Aksiyel dilim üzerinde oluşturma ortak sorun alanlarından kaçınma, süre emek yoğun ve temel anatomi hakkında bazı bilgilere sahip olmasını gerektirir. Bazı yarasa içeren depoları gerek kalmayabilir bu yana sıkı ROI seçimi yanlış negatifler, tanıştırayım mümkündür. ROIs erimiş PET/CT görüntü Aksiyel her dilim üzerinde çizim yağ dokusu ve komşu metabolik olarak aktif doku ve/veya üzerinde sızıntısı tarafından etkilenen bölgeler ve kısmi cilt etkileri34arasında dikkatli ayrımcılık için izin verir. Ancak, tek bir tarama analizi tamamlamak için gereken süreyi üç zaman dilimi uygulama ile kısalma imkanı ile sekiz saat arasında değişir ve deneyim. Çeşitli Makine öğrenimi yaklaşımları emek ve bu görevi gerçekleştirmek için gereken uzmanlık azaltmak mümkün olabilir. Ancak, doğru yarasa algılayabilir ve yanlış pozitif mevcut görüntüleme kısıtlamaları tarafından oluşturulan sağlamdır daha otomatik bir yöntem oluşturmak için büyük bir dataset ile bireylerin çeşitli vücut kompozisyonu ve yarasa dağıtım gerekir. Umarız bu yöntem daha sofistike büyük veri yaklaşımlar için bir şablon olarak hizmet verebilir detaylı bir yarasa atlas üretmek için kullanılabilir.
Sonuç olarak, biz insan kahverengi yağ doku hacmi, etkinlik ve soğuk kaynaklı FDG PET/CT taramaları kullanarak dağıtım ölçmek için bir adım adım görüntü analiz yaklaşım gösterdi. Kritik adımlar 1) sürekli olarak ve sırayla Aksiyel ROIs analiz ve değerlendirme 2) ilgili yarasa depoları anatomik konumlarına göre diğer metabolik olarak aktif dokularda kaçınırken içerir. Bu sıkı miktar yaklaşım yarasa Fizyoloji çalışma ve referans olarak otomatik insan BAT Nefelometri yaklaşımlar gelecekte geliştirmek için standart görev alanındaki araştırmacılar tarafından kullanılabilir.
The authors have nothing to disclose.
Tüm Hemşirelik eğitim Gönüllüleri, teşekkür etmek istiyorum ve klinik personeli ve Diyetisyenler bizim soğuk pozlama çalışmaları ve bakım sırasında yatarak sağlanan katılımlarını NIH Klinik Merkezi kalır. Ayrıca Dr. Bill Dieckmann tüm toplama ve dağıtım çalışmalarımız için PET-CT görüntülerin ile yaptığı yardım için teşekkür etmek istiyorum. Bu eser Intramural araştırma programının Ulusal Enstitüsü diyabet ve sindirim ve böbrek hastalıkları hibe Z01 DK071014 (için K.Y.C.) ve DK075116-02 (için A.M.C.) tarafından desteklenmiştir.
ImageJ/Fiji Software | ImageJ | https://imagej.net/Fiji/Downloads | Open Source Software |