Quantitative analysis of dynamic and static [11C]-PK11195 PET images for multiple sclerosis

Abstract

PK11195 é uma molécula com afinidade com a proteína translocadora (TSPO ou 18kDa), presente na ativação inflamatória. A tomografia por emissão de pósitrons (PET), usando [11C]-(R)-PK11195 tem um papel importante na avaliação da ativação microglial em doenças neuroinflamatórias. Esse estudo tem como objetivo investigar diferentes métodos de quantificação de PET com [11C]-(R)-PK11195 para estimar parâmetros que podem ser relacionado ao diagnóstico e evolução da esclerose múltipla (MS). O estudo utilizou um conjunto de dados longitudinal consistindo em PET e imagens por ressonância magnética (MR) adquiridas de 34 sujeitos ao longo de 24 meses (10 sujeitos saudáveis, 12 sujeitos com MS previamente tratados e 12 sujeitos com MS sem tratamento). Diferentes algoritmos de segmentação de regiões cerebrais foram avaliados utilizando imagens por MR ponderadas em T1 e T2. Imagens dinâmicas de PET foram utilizadas para quantificar o volume de distribuição (VT) e a razão do volume de distribuição (DVR). Cinco modelos foram avaliados usando imagens dinâmicas de PET: modelo compartimental de dois tecidos (2TCM); modelo gráfico de Logan com t* = 20 min (LOG20); modelo gráfico de Logan com t* = 40 min (LOG40); modelo gráfico de Logan com referência em t* = 20 min, utilizando a substância cinzenta aparentemente normal (NAGM) como região de referência (rLOG20-NAGM); e modelo gráfico de Logan com referência em t* = 20 min, utilizando o cérebro aparentemente normal sem os ventrículos (NAWB-V) como região de referência (rLOG20-NAWB-V). Imagens estáticas de PET foram analisadas usando dois métodos: razão do valor de captação padronizado (SUVR) utilizando a NAGM como região de referência, e SUVR utilizando a NAWB-V como região de referência. Para a segmentação das imagens por MR, o algoritmo Lesion Segmentation Toolbox (LST) mostrou menor variabilidade.O parâmetro DRV utilizando o modelo rLOG20-NAWB-V apresentou melhor diferenciação entre sujeitos com MS e saudáveis, tanto em análise transversal como em longitudinal, assim como SUVR, com a mesma região de referência. O método SUVR utilizando NAWB-V como referência representa uma excelente alternativa para auxiliar o diagnóstico de MS na prática clínica, devido à compatibilidade com a quantificação de imagens dinâmicas de PET.

PK11195 is a molecule with binding affinity with translocator protein (TSPO or 18-kDa), present in inflammatory activation. Imaging with positron emission tomography (PET) using [11C]-(R)-PK11195 plays an important role in assessing the activated microglia in neuroinflammatory diseases. This study aimed to investigate different [11C]-(R)-PK11195 PET quantification methods to estimate parameters that can be related to multiple sclerosis (MS) inflammation. The study used a longitudinal dataset consisting of PET and magnetic resonance (MR) images acquired from thirty-four human subjects along twenty-four months (ten healthy controls; twelve MS subjects with previous treatment; and twelve MS subjects without previous treatment). Different algorithms for segmenting brain regions were evaluated using T1 and T2-weighted MR images. Dynamic PET images were used to quantify the distribution volume (VT) and distribution volume ratio (DVR). Five models were tested using dynamic PET data: two tissue compartmental model (2TCM); Logan plot with t* = 20 min (LOG20); Logan plot with t* = 40 min (LOG40); reference Logan plot with t* = 20 min using normal-appearing grey matter (NAGM) as the reference region (rLOG20-NAGM); and reference Logan plot with t* = 20 min using normal-appearing whole-brain without ventricles (NAWB-V) as the reference region (rLOG20-NAWB-V). Static PET images were analyzed using two methods: standardized uptake value ratio (SUVR) using NAGM a the reference region, and SUVR using NAWB-V as the reference region. For MR images segmentation, the algorithm Lesion Segmentation Toolbox (LST) showed the lowest variability. The parameter DVR using the rLOG20-NAWB-V model showed the best differentiation between MS and healthy subjects, both in transversal and longitudinal studies, as well as the SUVR with the same reference region.The SUVR method using the normal-appearing whole-brain without ventricles as the reference region stands an excellent alternative to aid the MS diagnosis in clinical practice, due to the compatibility with the dynamic PET quantification.