골격 이미징용 PET

Bone Imaging을 위한 양전자 방출 단층촬영은 생체내 추적 기법으로서 뼈의 관심 영역(ROI)에 걸쳐 평균화된 영상 픽셀 값에 비례하는 방사능의 국부 농도를 측정할 수 있다.양전자방출단층촬영술은 ¹⁸[F]NaF 레이더로 국소 뼈대사와 혈류를 시각화하고 정량화하는 기능성 영상촬영 기법이다.[¹⁸F]NaF는 지난 60년간 뼈를 영상화하는 데 사용되어 왔다.본 기사에서는 ¹⁸[F]NaF의 뼈 내 약동학 ¹⁸및 [F]NaF PET 영상을 이용하여 국소 뼈대사를 정량화하는 다양한 반정량적·정량적 방법을 중점적으로 다루고 있다.null

왜 [¹⁸F]NaF PET?

지방 뼈대사의 측정은 대사 뼈 질환의 병태생리학을 이해하는 데 매우 중요하다.null

• 뼈 조직검사는 뼈의 이직률을 정량화하기 위한 금본위제로 여겨지지만, 침습적이고 복잡하며 비용이 많이 들고 상당한 측정 오류가 발생한다.^[1]
• 골격 이전을 위한 혈청이나 소변 바이오마커의 측정은 간단하고 저렴하며 신속하며 골격대사의 변화 측정에 비침습적이다. 그러나 지구골격에 대한 정보만 제공한다.^[2]
• 동적 ¹⁸[F]NaF PET 스캔의 기능적 영상 촬영 기법은 요추 및 고관절과^[3] 같은 임상적으로 중요한 특정 부위에서 국부적인 뼈의 회전율을 정량화할 수 있으며, 골 조직검사의 금본 표준과 비교하여 검증되었다.^[4][5][6]

[¹⁸F]NaF의 약동학

플루오린-18-플루오라이드의 화학적으로 안정된 음이온은 골격 이미징에서 뼈를 찾는 방사체다.[¹⁸F]NaF는 뼈가 새로 광물화되는 부위에 침전하는 친화력을 가지고 있다.^{[5][7][8][9][10]}많은 연구들이 엉덩이,^[3] 요추, 그리고 유머러스에서 뼈대사를 측정하는 ¹⁸[F]NaF PET를 가지고 있다.^[11][¹⁸F]NaF는 반감기가 0.4시간인 세포외 및 세포유체 공간과 2.4시간인 신장이 있는 추적기의 등교정을 나타내는 지수적인 방식으로 취합된다.^[12]뼈에서 ¹⁸[F]NaF의 단일 통로 추출은 100%이다.^[13]한 시간이 지나면 주사된 활성도의 10%만이 혈액 속에 남아 있다.^[14]null

¹⁸F- 이온은 첫째, 세포외 유체 공간과 평형화되어 있고 둘째, 완전히 세포외 이온이 아니기 때문에 세포외 유체 공간을 차지하는 것으로 간주된다.^[15][16][17]불소는 투과성이 높은 불소화수소와 평형을 이루며 불소가 혈장혈막을 건널 수 있다.^[18]적혈구의 불소 순환이 30%를 차지한다.^[19]그러나 적혈구와 혈장 사이의 평형이 모세관 전달 시간보다 훨씬 빠르기 때문에 뼈 표면에서 자유롭게 흡수할 수 있다.이는^[13] 뼈에 의한 전혈 F-이온의 100% 단일 경로 추출과 초당 0.3의 속도 상수로 적혈구로부터 F-이온의 빠른 방출이 보고된 연구에서 뒷받침된다.^[20]null

[¹⁸F]NaF는 또한 골수에서 미성숙 홍반(Erythrocytes)에 의해 흡수되는데,^[21] 이것은 불소 운동학에서 역할을 한다.^[22][¹⁸F]NaF의 혈장 단백질 결합은 무시할 수 있다.^[23][¹⁸F]NaF 신장 간극은 불소화수소에 의해 매개되는 네프론에서 재흡수되기 때문에 ^[25]식이요법과^[24] pH 수준의 영향을 받는다.^[26]그러나 특허에 수분을 충분히 공급함으로써 통제된 실험에서는 소변 유량의^[19] 큰 차이를 피한다.^[21]null

교환 가능한 풀과 뼈의 대사물 활성 표면의 크기는 방정식-1:^[30][31]에 나타낸 것과 같이 골외액,^[28] 히드록사파타이트 결정으로의 화학적 흡착을 통해 축적되거나^[27] 교환되는 추적자의 양을 결정한다.^[14][29][9]

${\displaystyle Ca_{10}(PO_{4})_{6}(OH)_{2}+2F-=>Ca_{10}(PO_{4})_{6$$}}F_{2}+2.$$OH-}$ 방정식-1

뼈를 개조할 때 뼈의 결정 행렬에서 나오는 불소 이온이 방출되기 때문에 뼈의 신진대사 비율을 측정할 수 있다.^[32][33][34]null

측정 SUV

정의

표준화된 섭취 값(SUV)은 조직 농도(KBq/ml)를 체중에 대해 정규화된 주입된 활동으로 나눈 값이다.^[35]null

적절성

대형 ROI에서 측정된 SUV는 소음을 부드럽게 하며, 따라서 래디오트레이커가 뼈 전체에서 상당히 균일하게 차지하기 때문에 ¹⁸[F]NaF 골격 연구에서 더 적절하다.SUV의 측정은 쉽고 ^[36]저렴하며 성능이 빨라 임상용으로 더욱 매력적이다.치료의 효능을 진단하고 평가하는 데 사용되어 왔다.^[37][38]SUV는 일련의 정적 스캔을 사용하여 단일 사이트 또는 전체 골격에서 측정할 수 있으며, PET 스캐너의 작은 시야에 의해 제한된다.^[32]null

알려진 문제

SUV는 PET 분석에서 임상적으로 유용하지만 논란의 여지가 있는 반정량적 도구로 떠올랐다.^[39]영상 프로토콜과 같은 시간이 radiotracer의 post-injection에, SUV를 측정Standardizing기 때문에 영상은 이해가 고원 지대에 있기 전에 SUVs.[41]소음, 이미지 해상도와 재건,지만phant과 보정 SUV의 정확성에 어떤 영향을 미칠까 최대 50%의 예측할 수 없는 오류를 유입시키는 정확한 SUV[40]를 취득할 필요가 있다.om 수 있다중 센터 임상 시험에서 SUV를 비교할 때 이러한 차이를 최소화한다.^[42][43]SUV는 골격의 추적자 흡수를 측정하는 단순한 척도로, 목표 ROI 외에 다른 경쟁 조직과 장기의 추적자 흡수에 영향을 받기 때문에 치료에 대한 측정 민감도가 부족할 수 있다.^[44][45]

측정_i K

Ki를 측정하기 위한 동적 PET 연구를 정량화하려면 관심 영역(ROI)에서 골격 시간 활동 곡선(TAC)을 측정하고, 다양한 방법으로 측정할 수 있는 동맥 입력 함수(AIF)를 측정해야 한다.그러나 가장 흔한 것은 환자를 스캔하는 동안 별개의 시점에서 채취한 여러 정맥혈 샘플을 사용하여 영상 기반의 혈액 시간 활동 곡선을 수정하는 것이다.속도 상수 또는 K의_i 계산에는 다음 세 단계가 필요하다.^[3]

• 추적기 분포의 수학적 모델에 대한 첫 번째 입력으로 작용하는 동맥 입력 함수(AIF)의 측정.
• 관심 골격 영역 내의 시간 활동 곡선(TAC)의 측정. 추적기 분포의 수학 모델에 대한 두 번째 입력으로 작용한다.
• 골 미네랄에 대한 순 플라즈마 간극(K_i)을 얻기 위해 수학 모델링을 사용한 AIF 및 TAC의 운동 모델링.

스펙트럼법

이 방법은 1993년 커닝햄^[46]&존스가 뇌에서 얻은 동적 PET 데이터를 분석하기 위해 처음 기술한 것이다.조직충동반응함수(IRF)를 많은 지수들의 조합으로 설명할 수 있다고 가정한다.조직 TAC는 IRF와 함께 측정된 동맥 입력 기능의 경련으로 표현될 수 있으므로 C_bone(t)는 다음과 같이 표현될 수 있다.

${\displaystyle C_{bone}(t)=\sum _{k=1}^{n}\알파 _{i}.{\bigl (}C_{plasma}(t)\otimes exp(-\beta _{i.t){\bigr )}}}}$

시간 t의 기간 동안 어디,⊗{\displaystyle \otimes}은 꼬임 선 연산자, Cbone(t)은 뼈 조직 활동 추적자(:MBq/ml에)의 집중 추적(:MBq/ml에)의 시간 t의 기간 동안 Cplasma(t)은 혈장 농도, IRF(t)기하 급수적 현상의 합에,β 값 0.0001 sec−1 사이에 고정된다.0.1sec−10.0001의 간격에서 n은 분석에서 비롯된 α 성분의 수이며, β, β₁, β_2n, ..., β는 결과 스펙트럼의 각 α₁, α₂, ..., α_n 성분에 해당한다.그런 다음 α의 값은 IRF에 멀티-엑스포텐셜을 적합시켜 분석으로부터 추정한다.이 지수 곡선의 느린 성분에 대한 선형 적합의 절편은 골 미네랄에 대한 혈장 간극(K_i)으로 간주된다.null

디콘볼루션 방식

이 방법은 윌리엄스 등이 임상적 맥락에서 처음 설명한 것이다.^[47]그 방법은 다른 수많은 연구들에 의해 사용되었다.^[48][49][50]이것은 아마도 K의_i 계산을 위한 모든 수학적 방법 중 가장 단순하지만 데이터에 존재하는 잡음에 가장 민감한 방법일 것이다.조직 TAC는 IRF와 함께 측정된 동맥 입력 기능의 콘볼루션으로 모델링되며, IRF에 대한 추정치는 다음 방정식의 왼쪽과 오른쪽 사이의 차이를 최소화하기 위해 반복적으로 얻는다.

${\displaystyle C_{bone}(t)=C_{plasma}(t)\otimes IRF(t)}$

where, ${\displaystyle \otimes }$ is a convolution operator, C_bone(t) is the bone tissue activity concentration of tracer (in units: MBq/ml) over a period of time t, C_plasma(t) is the plasma concentration of tracer (in units: MBq/ml) over a period of time t, and IRF(t) is the impulse response of the system (i.e., a tissue in this case).K는_i 그림에서와 같이 IRF로부터 스펙트럼 분석을 위해 얻은 것과 유사한 방식으로 획득된다.null

호킨스 모델

동적 PET 스캔에서 Ki를 측정하려면 Hawkins 등이 설명한 뼈의 생물학적 과정을 설명하는 모델 파라미터를 얻기 위한 추적자 운동 모델링을 필요로 한다.^[22]이 모델은 두 개의 조직 구획을 가지고 있기 때문에, 때때로 두 개의 이슈 구획 모델이라고 불린다.이 모델의 다양한 버전이 존재한다. 그러나 가장 근본적인 접근방식은 2개의 조직 구획과 4개의 추적기 교환 매개변수로 여기에 고려된다.호킨스 모델을 이용한 전체 운동 모델링 과정은 오른쪽에서 보는 것처럼 하나의 이미지로 요약할 수 있다.속도 상수를 얻기 위해 다음과 같은 미분 방정식을 해결한다.

${\daystyle {\dname {d} \!C_{e}(t) \over \operatorname {d} \!t}=K_{1}*C_{p}(t)-(k_{2}+k_{3})*C_{e}(t)+k_{4}C_{b}(t)}$

${\daystyle {\dname {d} \!C_{b}(t) \over \operatorname {d} \!t}=k_{3}*C_{e}(t)-k_{4}*C_{b}(t)}$

그 속도 상수 K1(:ml/min/ml에)불소의 플라즈마 뼈 조직의 전체에서 단 방향 허가에 대해 설명합니다, k2(:min−1에)의 불소는 ECF 객실에서 플라즈마, k3과k4(단위 min−1에)에 정반대되는 교통은 뼈 광물에서 불소의 전방과 후방 교통을 설명하고 있다. compartm…을 수반하다

K는_i 뼈 미네랄에 대한 순 혈장 간극을 나타낸다.K는_i 뼈의 혈액 흐름을 반영하는₁ K와 뼈의 미네랄₃ k / (k₂ + k)에₃ 특정한 결합을 거치는 트레이서의 분수를 모두 반영하는 기능이다.따라서 ${\displaystyle {Ki}_{}}$=${\displaystyle }$( K ${\displaystyle \frac{{1\mathrm{}}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ k ${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{k\mathrm{}}_{}}{}}$ 2${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$+ ${\displaystyle \frac{{k\mathrm{}}_{}}{}}$ 3${\displaystyle \frac{{}_{}}{}}$) ${\$}})$}}}\오른쪽)}$

호킨스 외 연구진은 ROI 내의 혈관 조직 공간을 나타내는 분수혈량(BV)이라는 추가 파라미터를 포함시키면 비록 이러한 개선이 통계적으로 유의하지는 않았지만 데이터 적합 문제가 개선되었다는 것을 발견했다.^[51]null

파틀락법

Patlak 방법은^[52] 골격 광물에서 골격 ECF로 트레이서 역류가 0(즉₄, k=0)이라는 가정에 근거한다.Patlak 방법을 사용한 K의_i 계산은 Hawkins 모델에 동맥 입력 기능과 조직 시간-활동 곡선 데이터를 적합시키는 비선형 회귀 분석(NLR)을 사용하는 것보다 간단하다.Patlak 방법은 골격 혈장 간극(K_i)만 측정할 수 있고 개별 운동 파라미터인 K₁, k, k₂₃, k, k는₄ 측정할 수 없다는 점에 유의해야 한다.

조직 관심 영역에서의 추적기 농도는 골격 ECF와 골광물의 농도의 합으로 나타낼 수 있다.라고 수학적으로 표현할 수 있다.

${\displaystyle {\frac {C_{bone}(T)}{C_{plasma}(T)}}}}{C_{0}C_{plasma}(t)dt}{C_{plasma}}}}}{plasma}(T)+V_{o}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

는 PET영상에서 조직 region-of-interest 내에서 추적자(:MBq/ml에)의 추적자(:MBq/ml에)의 시간에 T, Cplasma(T)은 혈장 농도가 ROI은 ECF실에 의해 침략했던 TVo은 분수 기호는 언제든지, 어디로, Cbone(T)은 뼈 조직 활동 집중, 그리고 0CTp나는 ∫ sm는(t)d톤 {\displays$tyle \int \limits _{0}^{T}C_{plasma}(t)dt}$는 플라즈마 곡선 아래의 영역으로 시간 T에 걸쳐 관심 있는 조직 영역(단위: MBq.Sec/ml)에 대한 순 추적기 전달이다.Patlak 방정식은 $Y{\displaystyle }$= ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle \ast }$ ${\displaystyle X}$+ c ${\displaystyle Y=m*X+c}$ 형식의 선형 방정식이다.

따라서 선형 회귀는 4~60분 사이에 Y축과 X축에 표시된 데이터에 적합하여 m과 c 값을 구하는데, 여기서 m은_i K를 나타내는 회귀선의 기울기, c는_o V를 나타내는 회귀선의 Y 절편이다.^[52]

시드디크블레이크법

동맥 입력 기능, 시간 활동 곡선, 호킨스 모델을 이용한 기의 계산은 동적 스캔을 획득하면서 PET 스캐너의 좁은 시야에 가려진 작은 골격 부위로 제한되었다.그러나 ^[53]Siddique 등은 2012년에 정적 ¹⁸[F]NaF PET 스캔을 사용하여 뼈의 K 값을_i 측정할 수 있다는 것을 보여주었다.블레이크 외 ^[32]연구진은 이후 시디크-블레이크 방식으로 입수한 K의_i 정밀 오차가 10% 미만임을 2019년에 보여줬다.Siddique-Blake 접근방식은 Patlak 방법,^[52] 반인구 기반 동맥 입력 기능,^[54] V가_o 시술 후 유의하게 변화하지 않는다는 정보를 조합한 것이다.이 방법은 Patlak 방법에 설명된 m과 c를 얻기 위해 최소 두 개의 시점으로 부터 데이터를 사용하여 선형 회귀선을 표시할 수 있다는 정보를 사용한다.그러나 V가_o 알려져 있거나 고정되어 있는 경우 K_i 값을 나타내는 m을 측정하는 두 번째 시점을 얻기 위해서는 하나의 정적 PET 영상만 필요하다.이 방법은 이러한 가정이 참이 아닐 수 있는 다른 임상 영역에 매우 주의하여 적용해야 한다.null

SUV vs K_i

SUV와 K_i 값의 가장 근본적인 차이점은 SUV가 단순하게 섭취하는 척도로 체중과 주입 활동으로 정상화된다는 점이다.따라서 SUV는 측정치가 획득되는 지역 관심 영역으로의 추적기 전달을 고려하지 않으며,¹⁸ 따라서 인체 내 다른 곳에서 [F]NaF를 소비하는 생리학적 프로세스에 영향을 받는다.반면에 K는_i 측정치가 얻어지는 관심 영역으로의 추적자 전달에 영향을 미치는 신체 다른 곳의 추적자 흡수량을 고려하여 골광물에 대한 혈장 간격을 측정한다.[¹⁸F]NaF를 이용한 골조직 내 K와_i SUV 측정의 차이는 블레이크 외 연구진이 자세히 설명한다.^[34]null

K를_i 계산하는 방법은 Siddique-Blake 방법을 제외하고 대부분 1시간 동안 동적 PET 스캐닝이 필요하다는 점에 유의해야 한다.동적 스캔은 복잡하고 비용이 많이 든다.그러나 SUV의 계산에는 골격 내에 이미징된 모든 지역에서 추적기 주입 후 약 45~60분 동안 수행된 정적 PET 스캔이 한 번 필요하다.null

많은 연구자들이 다양한 골격 부위에서 SUV와_i K 값 사이의 높은 상관관계를 보여주었다.^[55][56][57]다만 SUV와 K_i 방식은 치료에 대한 반응 측정에 모순될 수 있다.^[45]SUV는 히스토모르프 측정법에 대해 검증되지 않았기 때문에 치료와 질병 진행에 대한 반응을 측정하는 뼈 연구에서의 유용성은 불확실하다.null

참고 항목

• 뼈
• 양전자 방출 단층 촬영
• 시간-활동 곡선
• 동맥입력함수
• 메디컬 이미징
• 방사선학
• 분자 이미징
• 메디컬 이미징
• 뼈 섬광

참조

라이브러리 리소스 정보 펫

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