استخدام البرمجيات الحرة والمفتوحة المصدر، وقد طورنا نهجاً تحليلياً التحديد الكمي لحجم النسيج الدهني البنى الإقليمية ومجموع (BAT) والنشاط الأيضي لبات استخدام 18وفدج الحيوانات الأليفة/قيراط
في الحيوانات ماص للحرارة، يتم تنشيط الأنسجة الدهنية براون (BAT) لإنتاج الحرارة للدفاع عن درجة حرارة الجسم في الاستجابة للبرد. جعلت من قدرة الخفافيش إلى أنفاق الطاقة هدفا محتملاً لرواية علاجات التخفيف من السمنة والاضطرابات الأيضية المرتبطة بها في البشر. على الرغم من أن هذا النسيج قد درست جيدا في الحيوانات الصغيرة، يظل غير معروف إلى حد كبير بسبب الصعوبات في قياس حجمها، والنشاط، وتوزيع قدرة الخفافيش حرارة في البشر. تحديد وقياس الخفافيش البشرية النشطة تتم عادة باستخدام 18وفلوروديوكسيجلوكوسي (18وفدج) بوزيترون التصوير المقطعي والتصوير المقطعي (PET/CT) يمسح بعد التنشيط-التعرض للبرد أو الدوائي. هنا يصف لنا نهج لتحليل صورة مفصلة لقياس مجموع الجسم الخفافيش البشرية من 18وفدج PET/CT الأشعة باستخدام برمجيات المصدر المفتوح. علينا أن نظهر رسم المناطق ذات الاهتمام لتحديد النشط أيضي الأنسجة الدهنية مع تجنب المشتركة غير الخفافيش الأنسجة، لقياس حجم الخفافيش والنشاط، وكذلك تميز توزيعه التشريحية المحددة من قبل المستخدم. على الرغم من أن هذا النهج الصارم مضيعة للوقت، ونعتقد أنها سوف توفر في نهاية المطاف أساسا لتطوير المستقبل خوارزميات الكمي الخفافيش الآلي.
أدى تزايد انتشار السمنة في جميع أنحاء العالم1 تحقيق في رواية المداواة لمنع وتخفيف السمنة والمضاعفات المرتبطة به. السمنة يرجع في جزء منه إلى فائض الطاقة المخزنة في الأنسجة الدهنية البيضاء (وات) في شكل الشحوم2. الأنسجة الدهنية براون (BAT) يختلف وات أبرزها نظراً لارتفاع محتوى mitochondrial وقطرات الدهن أصغر ومولتيلوكولار، توزيع تشريحية متميزة، وتعصيب متعاطفة مع أكبر، والحرارة توليد القدرة. رغم أنه يعتقد بات مرة موجودة فقط في الثدييات الصغيرة والرضع حديثي الولادة، تم تأكيد وجود الخفافيش الوظيفية في البشر البالغين في 20093،،من45. حرارة قدرة الخفافيش البشرية لم يعرف بعد، ولكن أظهرت دراسة مستفيضة في الحيوانات الصغيرة يمكن أن يشكل ذلك ثيرموغينيسيس غير يرتجف تصل إلى 60 في المائة الأيض بهم أثناء التعرض للبرد6. نتيجة لذلك يجري الآن بحث الخفافيش البشرية كهدف للعلاج والوقاية من السمنة والاضطرابات ذات الصلة7. وقد أظهرت العديد من الدراسات السريرية أن ثيرموغينيسيس بات يرتبط مع الجلوكوز زيادة نفقات الطاقة وامتصاص عند التنشيط بالتعرض للبرد خفيف8،،من910. حتى الآن، ومساهمة لبات ثيرموغينيسيس التي يسببها البرد تبقى مثيرة للجدل11،12،13،14، مع الكثير من المناقشات التي تتمحور حول كيفية قياس البشرية بات15. لفهم أفضل إذا ثيرموغينيسيس بات يمكن تسخيرها لمكافحة البدانة، من المهم الحصول قياس دقيق لوحدة التخزين والنشاط الأيضي.
الحصول على قياسات دقيقة لبات يمثل تحديا بسبب توزيع الخفافيش تشريحية فريدة من نوعها في البشر. وتوزع الخفافيش داخل المستودعات الدهنية البيضاء في العنق والصدر، والبطن في المواقع التي لا يمكن الوصول إليها خزعات غير معقدة14. تشريح الجثة قد استخدمت لوصف الخفافيش تشريحيا16، ولكنها غير مجدية بالنسبة لمعظم بحوث المختبرات القيام بدراسات كبيرة ولا يمكن توفير معلومات طولية أو وظيفية. حيث بات لديها كثافة مماثلة لوات، ويمكن أن تحدث في طبقات اللفافي ضيقة أو في جيوب صغيرة تتخللها وات16، من الصعب تحديد استخدام تقنية تصوير مفرد، والتقليدية. أيضا يجعل هذا التغاير الكمي التلقائي لبات أكثر صعوبة من التحديد الكمي لهياكل متجانسة مثل الكبد17.
للتغلب على هذه التحديات، كمياً حجم الخفافيش والنشاط عادة باقتران التصوير المقطعي (CT) والتصوير المقطعي بالبوزيترون (PET). الجلوكوز راديولابيليد التناظرية 18وفلووروديوكسيجلوكوسي (18وفدج) هو التتبع الأكثر استخداماً لدراسة النشاط الأيضي الخفافيش18. يمكن أن تكون متباينة في الأنسجة الدهنية من الأنسجة والهواء استناداً إلى كثافة المعلومات المقدمة من صورة الأشعة المقطعية في وحدات هاونسفيلد (هو جين تاو) الأخرى. وتظهر صور الحيوانات الأليفة مبلغ 18وفدج أخذ إلى حجم الأنسجة في وحدات امتصاص موحدة القيم (سيارات الدفع الرباعي). بات نشاطا لا يمكن فصلها عن الأنسجة مع امتصاص الراسم ضئيلة، بما في ذلك وات وبات غير نشط، من خلال المشترك تسجيل صور الحيوانات الأليفة بالمقابل الأشعة المقطعية واختيار حد سيارات الدفع رباعي مناسبة.
من خلال هذه الورقة، ونحن نهدف إلى توفير نهج خطوة بخطوة مع فيديو تعليمية التي يمكن أن يستخدمها الباحثون السريرية للتحديد الكمي للبشرية بات استخدام مسح PET/CT فدج و 18. يتم استخدام هذا الأسلوب تحليل الصورة المثالية بعد الموضوع (ق) قد يتعرض للبرد أو تعامل مع الدوائي الخفافيش المنشطات. على وجه التحديد، نظهر للمستخدمين على كيفية بناء المناطق ذات الاهتمام (رويس) مع التقليل من إيجابيات كاذبة باستخدام معالجة الصور برمجيات الحرة والمفتوحة المصدر (إيماجيج) مع (petctviewer.org) في المكونات محددة. نتيجة لهذا النهج يمكن استخدامها لدراسة حجم الخفافيش والنشاط (امتصاص الجلوكوز) وتوزيع تشريحية في مواضيع الدراسة الفردية.
منذ تأكيد الخفافيش الوظيفية في البشر البالغين، كان هناك اهتمام كبير في فهم دور التقنيات في الفسيولوجيا البشرية. ومع ذلك، لأنه غالباً ما يتم العثور على هذا النسيج حرارة في تضييق طائرات اللفافي، يتخلل داخل الدهون البيضاء، والمحيطة بالأجهزة الأخرى، فإنه يمثل تحديا للقياس الكمي. في عام 2016، نشرت وثيقة توافق آراء “الدولي بات” فريق خبراء مع توصيات للإبلاغ مشارك من الخصائص ذات الصلة، والمعايير لإعداد هذا الموضوع، وبروتوكول لاقتناء الحيوانات الأليفة/CT الصور21. وحدد الفريق أيضا الحاجة إلى المزيد من الاتساق في معالجة الحيوانات الأليفة/CT بات التقدير الكمي، وإذ تلاحظ أن تباينت أساليب لتحديد التقنيات على نطاق واسع، وفي معظم الحالات، يتم توفيرها فقط محدودة التفاصيل إجراء التقدير الكمي الخفافيش. ونتيجة لذلك، بينما هناك تقارير في إمكانية تكرار نتائج الدراسة ارتفاع22،،من2324، بات حجم ونشاط ملحوظ مختلفة أبلغت مجموعات باستخدام أساليب القياس الكمي المختلفة، حتى عندما المشاركين هم من نفس العمر والجنس وكتلة الجسم25،26. هذه التناقضات تصعب المقارنة بين النتائج التي توصل إليها، وأدت إلى جدل عن المبلغ الذي بات في البشر البالغين15.
حد الملازمة لمعالجة الصور PET/CT هو إدراج فوكسيلس التي تفي بمعايير كل من الحيوانات الأليفة والتصوير المقطعي ولكن في المواقع التشريحية التي تتوافق مع هياكل خلاف الخفافيش. تسجيل المشارك المثالي لصور الحيوانات الأليفة والتصوير المقطعي مستحيلة تقريبا بسبب الاختلافات في اقتراح القرار وهذا الموضوع أثناء عمليات التفحص. نتيجة لذلك، تعتبر الهياكل المتاخمة للهواء أو العظام ومناطق لامتصاص الراسم عالية غالباً بشكل غير صحيح بات النشطة. للحد من إدراج فوكسيلس الإيجابية الكاذبة، واحدة ينبغي تطبيق معايير الحيوانات الأليفة والتصوير المقطعي فقط داخل رويس أن المستخدمين بناء. ولكن تختلف النهج الحالية لقياس الخفافيش مع رويس المحددة من قبل المستخدم أو تحليلات الآلي مبلغ اشتراك المستخدم والمعرفة التي يحتاجون إليها. وقد أظهرنا أن استخدام واحد، coronal ثنائي الأبعاد المعرفة من قبل المستخدم تطبيق عائد الاستثمار إلى مكدس كامل للصور قد تكون أكثر عرضه لتشمل المجالات الإيجابية الكاذبة19. ووضعت عدة مجموعات أساليب الآلي لتحديد التقنيات التي قادرة على سرعة معالجة مجموعات البيانات الكبيرة دون إدخال المستخدم الكثير. ومع ذلك، تفشل هذه الأساليب أما تشمل المناطق المحتوية على الخفافيش المحتملة كافة، لا سيما في الجسم السفلي27، أو تتحمل معدلات عالية نسبيا من إيجابيات كاذبة28 والسلبيات الكاذبة26. نظراً لحجم الخفافيش البشرية منخفضة عموما (< 600 مل، أو < 2% مجموع كتلة الجسم)، أخطاء مطلقة صغيرة في التحديد الكمي قد يؤدي إلى فوارق كبيرة نسبيا.
يسمح نهج أكثر صرامة الموصوفة بدراسة هذا الرسم رويس على كل شريحة الحيوانات الأليفة-التصوير المقطعي المحوري الكشف عن الخفافيش في طبقات اللفافي الضيقة مع توفير مزيد من الثقة بأنه قد تم استبعاد المغلوطة. هذا تؤدي إجراء تقييم كمي مفصل في كل إينديفيديال، بدلاً من إجراء تقييم ثنائي من وجود أو غياب29الخفافيش. ولذلك، قد يكون أكثر ملاءمة للتجارب التي تسيطر عليها في أحجام عينة صغيرة تنوي دراسة فسيولوجيا الخفافيش و/أو آثار من التدخلات. وعلاوة على ذلك، القدرة على تحديد مستودعات BAT الخاصة بالمنطقة قد التبصير أكثر صلة وظيفية الخفافيش والأصل التنموية. نحن نؤمن هذه التدابير الكمية مهمة ليس فقط للمقارنة عبر الحقل، ولكن أيضا إلى أفضل تقدير الخفافيش مساهمة الطاقة الأيض و thermoregulation في البشر البالغين.
وسيساعد العديد من الميزات التشريحية بات مستخدمين إدراج حد الأسلوب لدينا فوكسيلس إيجابية كاذبة. بات يوجد عادة في طبقات اللفافي المستمر ومتماثل. وهكذا، بينما الرسم والتكرير العائد على الاستثمار، دراسة الشرائح المحوري أعلى وأدنى من الاستمرارية والتماثل من الأنسجة الدهنية المحدد يمكن أن تساعد المستخدمين تعظيم إدراج الأنسجة الدهنية مع التقليل من إدراج الهيكل العظمى والعضلات والعظام، وغيرها الهياكل غير بات واضحا. بات النشط أيضا نادراً ما موجودة في مستودعات الدهنية تحت الجلد، حيث أننا ننصح المستخدمين على تجنب هذه المناطق عند بناء رويس. كما ورد في البروتوكول، وبات توزع في عدة مناطق تشريحية متميزة، بما في ذلك في عنق الرحم، دورسوسيرفيكال، سوبراكلافيكولار، الابطية، الشعاعي، باراسبينال، ومستودعات للبطن. وتوزع هذه المستودعات أن أحد محوري شريحة مايو تحتوي على أكثر من الخفافيش من مستودعات متعددة. على سبيل المثال، يمكن أن تحتوي شريحة محوري في منطقة الصدر بات من مستودع الشعاعي (الدانية والامامي)، ومستودع باراسبينال (الدانية والخلفي، على طول العمود الفقري)، ومستودع إبطي (الأفقي وقرب خط منتصف أنتيرو الخلفي). يمكن أن تساعد المعرفة بهذه المستودعات المستخدمين إنشاء رويس في مناطق مختلفة من الجسم، ونظرا لوقوعها في المواقع قبل وصف متجاورة إلى حد كبير، كما هو موضح في لدينا بروتوكول. ومع ذلك، نظراً لأننا نشجع المستخدمين لرسم دوروا واحد فقط كل شريحة لتجنب التداخل العائد على الاستثمار، خطوات إضافية لإنشاء قناع الخفافيش والرسم السهمي رويس مطلوب لفصل فوكسيلس بات سبق تحديدها إلى مستودعات إقليمية متميزة إذا معلومات التوزيع بات مطلوباً، أي فصل الشعاعي، باراسبينال، والابطيه بات المكتشفة في نفس العائد على الاستثمار المحوري في مستودعات استناداً إلى موقع ساجيتال (الشكل 3).
ويمكن أيضا أن تستخدم البرنامج عارض PET/CT لقياس نشاط الأنسجة خلاف بات، على سبيل المثال الارتعاش الهيكل العظمى والعضلات، الذي يلعب أيضا الرئيسية الناجمة عن برد دور ثيرموغينيسيس19، أو مناطق مختلفة من الدماغ أو الكبد التي تم واقترح الأنسجة مرجع ل تحليل PET/CT21. ومع ذلك، سوف يكون هذه الأنسجة الكثافة والتوزيعات التشريحية التي تختلف عن التقنيات وهي خارج التركيز لدينا البروتوكول الحالي. ونحن توجه القراء إلى وثيقة توافق الآراء لمزيد من التفصيل حول هذه المواضيع21. وأخيراً، فإننا ننصح كافة المستخدمين بتحديث إيماجيج باستمرار وزيارة petctviewer.org لتحديثات المكونات الإضافية وبرامج المساعدة.
على الرغم من أننا نعتقد أن هذا الأسلوب الدقيق أكثر دقة من أساليب مؤتمتة26،28 واﻷساليب التي تستخدم عائد مبسطة، واحدة لتقدير حجم بات مجموع9،30، ليس دون قيود. لا يوجد أي أسلوب مثالي كمياً بات غير إينفاسيفيلي في البشر، ويمثل 18وفدج فقط امتصاص الجلوكوز، الذي ليس هو نفسه الجلوكوز الأيض11. ومع ذلك، حتى ولو كانت الأخرى تتبع المشعة المستخدمة31،،من3233، 18وفدج هو الراسم أبرز المستخدمة لدراسة التقنيات البشرية. وهكذا، تطوير أساليب موحدة لتحليل الصور وفدج PET/CT 18ستظل تأثيراً في دراسة فسيولوجيا بات الإنسان في المستقبل القريب.
طريقة نقترح، خلق العائد على الاستثمار في كل شريحة المحورية التي تحتوي على الخفافيش مع تجنب المناطق المشكلة المشتركة، كثيفة العمالة ويطلب من المستخدم لدى بعض المعرفة عن علم التشريح الأساسية. من الممكن أيضا أن التحديد دوروا الصارمة قد يعرض السلبيات الكاذبة، نظراً لتفادي بعض مستودعات المحتوية على الخفافيش. الرسم رويس على كل شريحة المحوري للصورة PET/CT تنصهر يسمح بالتمييز الدقيق بين الأنسجة الدهنية والأنسجة النشط أيضي المجاورة و/أو المناطق التي تأثرت بانسكاب على مدى وحجم الجزئي آثار34. بيد أن الوقت المستغرق لإكمال تحليل لعملية الفحص يمكن أن تتراوح بين ثلاث وثماني ساعات، مع إمكانية تقصير الإطار الزمني للممارسة وتجربة. نهج مختلف آلة التعلم قد تكون قادرة على الحد من العمل والخبرة اللازمة لإنجاز هذه المهمة. ومع ذلك، إنشاء أسلوب أكثر الآلي التي يمكن الكشف بدقة عن الخفافيش وهو قوي إلى المغلوطة التي تم إنشاؤها بواسطة القيود المفروضة حاليا على تصوير سيتطلب مجموعة بيانات كبيرة مع الأفراد من تكوين الجسم المتنوعة وتوزيع الخفافيش. ونأمل أن يمكن استخدام هذا الأسلوب لإنتاج نظام أطلس الخفافيش تفصيلية التي يمكن أن تستخدم كنموذج لنهج البيانات الكبيرة أكثر تطورا.
وفي الختام، أثبتنا نهج لتحليل صورة خطوة بخطوة لتحديد حجم النسيج الدهني البنى البشرية والنشاط والتوزيع باستخدام الأشعة فدج PET/CT المستحثة بالبرد. وتشمل الخطوات الحاسمة 1) بشكل مستمر والتتابع تحليل رويس المحوري و 2) تقييم مستودعات التقنيات ذات الصلة بموقعهم التشريحية مع تجنب النشط أيضي الأنسجة الأخرى. يمكن استخدام هذا النهج الكمي الدقيق من المحققين في الميدان لدراسة فسيولوجيا الخفافيش ويخدم كمرجع قياسي لوضع بات الإنسان الآلي كوانتيتيشن النهج في المستقبل.
The authors have nothing to disclose.
ونود أن نشكر جميع المتطوعين الدراسة، والتمريض والموظفين السريرية، وأخصائيي التغذية مركز السريرية المعاهد الوطنية للصحة لمشاركتهم في دراسات التعرض للبرد والرعاية المقدمة أثناء المرضى الداخليين الإقامة. ونود أيضا أن نشكر الدكتور بيل ديكمان للجميع لمساعدته بحيازة وتوزيع صور الحيوانات الأليفة-CT لدراساتنا. وأيد هذا العمل “الداخلية برنامج بحوث المعهد الوطني لمرض السكري” والجهاز الهضمي والكلى الأمراض منح Z01 DK071014 (إلى K.Y.C.) DK075116-02 (إلى A.M.C.).
ImageJ/Fiji Software | ImageJ | https://imagej.net/Fiji/Downloads | Open Source Software |