Name: continuous blood sampling in small animal positron emission tomography/computed tomography enables the measurement of the arterial input function
Uploaded: 2019-08-08T14:00:00
Duration: 10 min 21 s
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作者感激地感谢苏珊·莱曼、伊洛娜·克拉姆富和佩特拉·沃尔夫在动物住房和护理方面给予的支持,并感谢马蒂亚斯·怀斯在建立在线血液取样系统期间给予的支持。小型动物PET/CT由德国福森斯格明舍夫特(INST 2268/6-1 FUGG)资助。

所有动物处理和实验均获得梅克伦堡-西波美拉尼亚州动物研究委员会的批准(LALLF M-V/7221.3-1.1-004/18,批准:03.04.2018)。实验是按照《到达准则》进行的。
注:动物在标准条件下(22~2°C,昼夜循环12小时),用水和食物。所有准备分流系统所需的设备、操作程序和实际测量都列在材料表中。
1. 动物导管化的准备和外科手术
<ol><li>快速动物至少12小时,免费获得水。对于麻醉,将大鼠放入感应室,并连续充满氧气/二苯基混合物。对于启动使用 2.5-3.5% 的非脂质和用于维护 1.5-3.0%(流速为 1.2-1.5 L/min)。 注: 禁食对于使用示踪剂 =18F_FDG 的研究是必要的,但对于其他示踪剂则不是必需的。建议使用第 4 节中所述的手动抽血量测量葡萄糖血水平,以确保稳定值或在动力学建模中进行校正。</li>
	<li>将麻醉大鼠置于加热垫的背垫上,置于手术显微镜下,并在其眼睛上添加兽医药膏。在实验期间(37 ± 0.5 °C)使用直肠探头持续监测并维持大鼠的体温。</li>
	<li>将大鼠的腿粘在工作面上,使腿保持到位。用粘膜消毒剂对操作部位进行消毒,并切伤大鼠的腿和小腿(手术侧)。用消毒剂完成最后的清洁。</li>
	<li>在大鼠的腹股沟处用手术钳和剪刀切开约20毫米。解剖细皮肤层,用微钳暴露股骨静脉、动脉和神经。在每个股骨静脉和动脉下放置两条细丝。</li>
	<li>用每个远端细丝密封静脉和动脉,用牛头头夹在张力下保持。 使用近丝缝合丝使用牛头头夹(无结)来拉紧容器。</li>
	<li>用动脉瘤夹近块堵住静脉,但用牛头头夹从缝合线中伸出2-3毫米。使用角膜剪刀将小切口插入静脉(直径的1/3),并使用无菌棉交换去除渗漏的血液。用沉闷的钳子稀释静脉,并举行它打开。将锐化导管(内径 [ID]: 0.58 mm,外径 [OD]: 0.96 mm)插入静脉,并将其按近端方向,向上推到动脉瘤夹。</li>
	<li>打开动脉瘤夹,向近端方向(约 2-3 厘米)进一步推导管,如果导管放置正确,血液将流入导管。用近缝合线固定导管,制作两个结;如有必要,在静脉和导管周围再缝合一处。使用充满 100 μL 肝素盐水溶液 (50 单位/mL) 的胰岛素注射器(30 G 针)冲洗和吸气,检查导管的功能。</li>
	<li>通过重复步骤 1.6 和 1.7 将导管放在动脉中。</li>
	<li>正确放置两个导管时,用缝合线合上腿,并将动物带到 PET/CT。 注意:在运输动物时,尽可能小心使用导管,否则可能发生导管移动。</li>
</ol>2. 分流系统的设置
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig2.jpg"> 图 2: 测量设置方案。(A) 测量设置的原理图.(B) 连接分流系统的照片,带有 twilite 探测器、蠕动泵和不同连接器类型。在PET/CT (2)中扫描动物(1)时,检测到大鼠血液中放射性的时间过程。因此,动脉 (a) 和静脉 (b) 导管通过适配器件(连接器橙色、连接器蓝色和连接器绿色)连接到探测器泵系统。然后,动脉血液通过检测器(3)从动脉导管泵送至蠕动泵(4),然后通过静脉导管回体。管系统中集成了三向阀 (7),用于执行示踪注射、手动抽血和注水。组装 T 件 (8) 以注入活性。探测器与计算机连接,用于查看、校准和校正连续血液数据。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的较大版本。</a>
<ol><li>切断6个细孔聚乙烯管(FBPT)(ID:0.58毫米,外径:0.96毫米),长度为c = 735 mm;e = 100 mm;f = 171毫米,g = 875 毫米;h = 90 mm,i = 75 mm (图 2)。切断硅胶泵管的 8 个部件(黑色/黑色/黑色,ID:0.76 mm,外径:2.48 mm),长度约为 20 mm。</li>
	<li>将减少接头(从 ID 2.5 mm 到 ID 1.5 mm)放在硅胶泵管d的两端(黄色/蓝色/黄色,ID:1.52 mm,外径:3.20 mm)。在用过的减少连接器的另一端放置准备好的 20 mm 硅胶管(黑色/黑色/黑色)部分(参见图 2中的连接器蓝色)。</li>
	<li>将 FBPT 的准备部件c放在组装接头中蓝色,放在硅胶泵管d的一端(黄色/蓝色/黄色),将 FBPT 的准备部件e放在组装连接器蓝色中。另一端。在两个 T 形5 和 6的末端放置准备好的 20 mm 硅胶管(黑色/黑色/黑色)部分(T 形连接器 ID: 1.5 mm;参见图2中的连接器绿色)。</li>
	<li>将 FBPT e部件的可用端连接到组装的连接器绿色 (5)的左侧,并将 FBPT 的准备部件f放在接头绿色 (5)的另一侧。将 FBPT 部件f的可用端放在组装连接器绿色 (6)的左侧,并将 FBPT 的准备部件g放在接头绿色 (6)的另一侧。将 FBPT 的准备部件h添加到组装连接器绿色 (5)的自由端,将 FBPT 的准备部件i添加到组装连接器绿色 (6)的自由端。
</li>
	<li>将组合器连接到皮下针(G 23 x 1 1/4'/= 0.60 mm x 30 mm),并将其添加到三向阀中。将准备好的三向阀与针头放在 FBPT h部分的自由端。将组合塞连接到皮下针,并将针头放在 FBPT 部件i的自由端。 注:在开始在线血液取样之前,请参阅第 5 节。</li>
	<li>将 FBPT 的C部分和g部分的自由端放入装有 20 mL 肝化盐溶液 (50 单位/mL) 的 100 mL 烧杯中。以 1.52 mL/min 的流量启动蠕动泵,使分流系统完全充满生理盐水溶液。之后,在 C部分和 g的末端以及 FBPT 的I部分中间设置三个剪刀夹。</li>
	<li>从 FBPT 的C部分和g部分松开剪刀夹。将导管a连接到 FBPT C部分的自由端,并将静脉导管b连接到 FBPT 部分g的游出端(参见图 2中的连接器橙色)。</li>
</ol>3. 图像采集与重建
<ol><li>将动物置于穿梭床托盘(70 mm)上容易头部的位置。在整个图像采集过程中,使用加热垫和直肠探头控制大鼠的呼吸,将体温保持在37~0.5°C。将穿梭床移到延长的床位置进行喷射(预采集),并将插入的导管连接到分流系统。</li>
	<li>通过鼻锥将动物用异二苯(氧气中的 2.5% 异二苯,流速 1.2-1.5 L/min)麻醉。</li>
	<li>以 1.52 mL/min 的流量启动蠕动泵,用动物的血液填充分流系统。将穿梭床移到 PET 检测环的视野中心,然后启动在线血液采样系统(参见第 5 节)。</li>
	<li>使用第 3.5 节中所述的参数在 60 s 后开始 PET/CT 工作流程,然后通过 T 型片以约 0.5 ± 0.1 mL 的体积静脉注射大约 22 MBq =18F_FDG 的剂量。之后用约150 μL的肝化盐水溶液冲洗T片。</li>
	<li>在 PET 成像结束时获取超过 60 分钟的动态 PET 扫描和 CT 扫描。<ol>
<li>对于 PET 排放采集,在按时间选择获取中设置 3600 s(60 min)。选择F-18作为研究同位素,使用350~650keV作为能量水平,3,438ns作为计时窗口。</li>
		<li>对于 CT 采集,在采集选项中选择衰减扫描。在投影设置字段中,选择 120投影进行半总旋转。对于视场 (FOV) 和分辨率设置,选择低作为放大倍率和4 x 4 作为绑定,具有 275 mm轴向扫描长度和 3328 px 作为跨轴 CCD大小。在曝光设置字段中,将电流设置为 500 μA,为电压设置 80 kV,为曝光时间设置 180 ms。</li>
		<li>对于 PET 发射直方图,将一系列 20 帧(6 x 10 s、8 x 30s、5 x 300 s 和 1 x 1800 s)设置为动态帧。选择减号作为延迟。在高级设置字段中选择128作为汉格拉姆宽度,3为跨度,79作为环差和死时校正。</li>
		<li>对于PET重建,使用二维有序子集期望最大化(2D-OSEM)与生成,应用和保存散点汉图,4迭代和傅立叶作为重建算法重新分组。选择 128 x 128 作为矩阵大小,并使用 1作为图像缩放,全部作为帧,所有作为线段。</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. 人工采血程序
<ol><li>在开始成像采集后,执行手动抽血 30、60 s、90 s、600 s 和 1800 s。 注意:如果可能,强烈建议增加人工抽血的数量,特别是在示踪剂注射后的第一分钟内。因此,血液样本量必须减少到20-30μL每个样本6。<ol>
<li>打开第一个三通阀,在示踪剂注射后将100 μL的动脉血收集到毛细血管血液收集EDTA管30s。对其他时间点重复上述步骤。确定空管和注血管的重量。</li>
		<li>测量井计数器中 180 s 全血的活动(计数/时间单位),随后对其进行交叉校准以获取 kBq/mL 数据。记录井计数器测量的开始时间。以 kBq/mL 计算手动血液采样的每个时间点的全血活性,应用衰减校正并在时间活动曲线中传输数据。</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. 在线血液取样程序
<ol><li>使用导管将管子放入探测器中。启动血液取样器软件(例如,PSAMPLE)并打开采集界面。确保在线血液采样设置和 PET/CT 的计算机是同步的。</li>
	<li>在注入示踪器之前按 60 s 的启动按钮,以获取足够的数据进行背景校正。测量后,通过 PMOD 数据库中的保存按钮保存原始数据。</li>
	<li>要更正和校准在线血液数据,请切换到校正界面。启用衰减校正并选择 18 F.定义图像采集的开始时间,并使平均按钮执行背景校正。激活校准并在先前确定的校准系数中键入(参见第 7.1 节)。</li>
	<li>使用保存 TAC 按钮保存更正和校准的血液数据,然后选择文件血液.crv 。然后,可以将此文件作为全血输入曲线加载到动力学建模工具中,并可以执行动力学建模。将导管与额外的下士分流系统分离。</li>
	<li>将动物从 PET/CT 扫描仪中分离,用五巴比妥安乐死。 注:在这个实验中,动物在测量后被安乐死,因为大脑在实验设计中被用于体外分析。通过这种设置,纵向研究中的重复测量也可以实现7。使用一个全新的管系统为下一个动物。</li>
</ol>6. 图像派生输入函数
<ol><li>在 PMOD 上打开保险丝工具。将 PET 图像加载为输入,将 CT 作为参考加载。单击已匹配。</li>
	<li>打开感兴趣的体素 (VOI) 工具。将光标放在 CT 中上升主塔内。单击预定义的球形 VOI。定义正好为 0.7 mm 的半径。使用 VOI 统计按钮提取时间活动信息,并将平均值复制到剪贴板。</li>
</ol>7. 三井系统、PET/CT 和井计数器的交叉校准程序
<ol><li>Twilite-PET/CT 校准 注: 提供的三联产品校准工作流程部分基于 PMOD PSAMPLE 模块参考手册中描述的过程。<ol><li>用约 100 MBq 的 ±18F_FDG 填充注射器。使用校准剂量校准器测量准确活动AF,并记录其测量的日期和时间以及整个注射器的体积。记录的时间是要执行的所有衰减修正的参考时间点。</li>
		<li>向烧杯中装满 500 mL 的自来水。确切的体积由称重方法确定。使用经过适当和校准的精度刻度(至少精度等级 II)测量空烧杯的重量me。 将烧杯装满自来水,测量整个烧杯的重量mf。 </li>
		<li>使用自来水质量和密度差(r = 0.998 g/mL,在 20°C 下)计算烧杯的体积 Vb: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59701/59701eq1.jpg">
</li>
		<li>将+18F_FDG 注入填充的烧杯中,用非活性自来水将空注射器重新注入其原始体积,并在剂量校准器中测量重新填充注射器的活性AE。 烧杯溶液的活性浓度c b由<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59701/59701eq2.jpg">给出,应约为200 kBq/mL。</li>
		<li>将 50 mL 锥形离心管从烧杯中填充溶液(避免大气泡),并将其集中放置在 PET/CT 扫描仪的视野中。填充与 PET/CT 成像实验中使用的类型相同的导管,并将其放入 twilite 系统的管导中。使用蠕动泵从烧杯中向导管中注入示踪液。</li>
		<li>开始测量时间活动曲线,如第 5 节所述,使用积分时间的相同参数,并在测量头内不使用导管导管导轨,与实验中重新结合。此步骤可确保获取足够的数据以进行适当的背景校正。2分钟后,在不停止对twilite系统的数据采集的情况下,将装有填充管的导管导管导轨放入测量头,然后继续采集数据约5分钟。</li>
		<li>对 50 mL 锥形离心管进行 10 分钟 PET 采集,然后进行用于衰减校正的标准 CT 采集。使用第 3 节所述的相同 PET 重建算法和参数,重建 50 mL 锥形离心管的静态 PET 图像。使用后处理成像工具(例如,PVIEW),并在 50 mL 圆锥式离心管重建的 PET 图像内放置一个圆柱形 VOI,覆盖大约 70% 的体积。在VOI内提取平均活性浓度c PET(以kBq/mL) 表示的。</li>
		<li>返回血液采样器软件,并使用校准模式纠正获取的 TAC 的衰变、分枝分数和背景。添加核素、活动浓度和 PET 采集开始时间的所有必要信息。在内部,软件提取使用三重物系统(CRtwilite)测量的计数速率,并计算PET和三重酸盐系统的交叉校准系数(CFPET/twilite): <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59701/59701eq3.jpg"> 注:对于校准和 PET/CT 实验,使用相同的同位素非常重要,因为分支分数因不同的同位素而异,在 PET 重建过程中进行了校正。如果系统的重要部件(例如管、采集和重建参数)发生变化,在维修工作之后,必须定期在质量控制方面重复此过程。</li>
	</ol></li>
	<li>PET/CT-well 计数器校准
	<ol>
<li>要计算油井计数器的校准系数CF井计数器,请使用在烧杯中产生的相同活动溶液校准 twilite 系统。等待大约 6 小时,以便通过衰减减少特定活动,以尽量减少孔计数器闪烁检测器的死时影响。盖上烧杯以避免蒸发。</li>
		<li>计算到参考时间点的精确时差,并通过衰减校正原始活动浓度来确定烧杯溶液的实际活性浓度c b(t+)。移液器预定义体积 (V样本),与实验中测量的血液样本体积相同(例如,200 μL),从烧杯到五个安全锁管。测量五个管中的每一个与井计数器180s的活动。 注:如果单个测量的变异系数大于 1%,则应增加测量时间。记录每个管的测量计数率(以每分钟计数 [cpm] 为单位)和测量开始时间。执行衰减校正。</li>
		<li>通过将油井计数器的衰变校正计数率CR井计数器除以烧杯的衰变校正活性浓度,计算每个测量的校准系数 CF 井计数器c烧杯 (t+): <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59701/59701eq4.jpg">
</li>
		<li>为获得平均校准因子的五个校准因子求平均值。</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol>
	<li>Schain, M., 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=Arterial+input+function+derived+from+pairwise+correlations+between+PET-image+voxels.">Arterial input function derived from pairwise correlations between PET-image voxels.</a> Journal of cerebral blood flow and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 33 (7), 1058-1065 (2013).</li><li>Schain, M., Zanderigo, F., Mann, J. J., Ogden, R. 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作者没有什么可透露的。

与野生型大鼠相比,在亨廷顿舞蹈症转基因动物模型中,从一个较大规模的神经元活性项目中提取出上述结果。共对30只转基因和野生型大鼠进行了导管和人工和在线血液取样,同时进行了18次F_FDG-PET/CT。此处展示了三种野生型大鼠的 AIF,以演示该协议可能的结果范围。亨廷顿舞蹈症动物模型中神经元活动变化的完整项目的结果将在其他地方公布。
此处描述的方法可实现在大群中快速、准确的连续血液采样,并为小型动物的动态 PET/CT 数据的动力学建模提供无间隙 AIF。产生外部血液循环,以检测动物血液中的实际时间活动;因此,血液流失是可以避免的。手术基于Jespersen等人8,经过修改,以满足PET/CT测量期间动脉血液取样的需要。分流系统经韦伯等人9.9验证。使用此处的设置,检测器泵系统运行的外部血量约为 1.1 mL。4个月的大鼠总血量约为30 mL。股骨静脉和动脉的直径约为0.45-0.6 mm10,需要用一点淀粉插入使用的导管。
AIF 也可以通过零星的人工采集来测量,或者从 PET 图像本身的早期点(图像派生)重建。这两种方法都是用这里提供的数据进行的,并与连续的血液取样进行比较。
与人工血液采样相比,在线血液采样具有明显更高的时间分辨率(此处:每 30 分钟 1800 个数据点)。手动抽血(此处:每 30 分钟 5 个数据点)仅限于小动物的血量,因为这些样本不会泵回动物的循环中。此外,10-15 秒的最大间隔在技术上是可实现的,并且遗漏了动力学建模的重要信息。这也可以从提供的数据中看到,因为连续和人工采样检测到的最大最大值差异是显而易见的(图3A,C,E)。通过在线血液采样,检测到的峰值高于上升主11的图像派生输入函数(图3B,D,F)。Image 派生的输入功能仅限于 PET 扫描仪的空间分辨率,从而产生部分体积效果12,并受重建的时间范围影响。
这种连续血液取样程序的一个普遍优点是,示踪剂可以通过导管应用,导管比通过侧尾静脉注射不易受到干扰。请记住,示踪剂应以中等体积应用,以防止示踪剂留在管系统开头。为了确保 T 件的死体积中未留有活动,事后用肝素化盐水溶液冲洗。此外,建议使用输液泵,因为它能够调整示踪剂注射的速度,并有助于通过手动血液采样13更协调地获取最大放射性峰值。
在协议处理过程中可能会出现一些可能的困难,可以通过以下故障排除来处理。导管的次优位置可能导致协议执行不全,因此确保它们与近端缝合正确固定,并将导管推入2-3厘米近端。此外,可以使用纤维蛋白粘合剂。此外,血栓的形成也会堵塞导管。这可以通过增加肝素浓度和随后冲洗导管或管系统来处理。由于导管堵塞,这种次优结果在结果中显示,最大峰值被错过(图3E)。关于动物保护和福祉的另一个关键点是体外血流的长度。因此,建议将管系统的长度减少到最低限度。
进行血液取样时,必须考虑结果 AIF 的三次修正。首先,等离子校正。追踪器在血浆和血细胞之间平衡,主要是红细胞。根据这些扩散过程的速度,可用的示踪剂主要存在于等离子体中。对于一些示踪剂,血浆与全血的比例需要考虑,例如更多的嗜脂者。在这些情况下,必须确定等离子体活性。如果使用18F_FDG,则无需离心以确定血浆活性,因为它在血浆和红血球之间平衡非常快,并且血浆中的 18 F_FDG 可用性与全血中的相似。第二,代谢物矫正。许多示踪剂在全血中代谢,其中一些代谢物仍然放射性标记14。此分数存在于 AIF 中,但不适用于组织接受。对于某些示踪物代谢物需要确定全血或血浆和AIF需要纠正。第三,分散校正。分散是由几个因素造成的,包括(a) 组织中跟踪器到达时间相对于外周采样位点(延迟校正)和(b) 和AIF形状(作为示踪剂传输)的系统时差管系统内受其一阶滞后 (PT1) 动力学的影响.提出了一些基于反卷积的修正,主要基于Iida等人15的模型,但大多数都容易受到噪声的影响。Munk等人提出了一种绕开反卷积的校正方法,因此不易产生噪声。对于所使用的油管和示踪器的每个组合,必须进行必要的测量以估计校正参数。色散校正应在时间延迟校正17之前完成。然而,主要是快速组织灌注过程受分散的影响,也表明,对于模型的#18F_FDG研究分散校正不是绝对必要的18。因此,在所列举的示例中,AIF 的色散校正尚未应用。
对现场剂量校准器及其定期质量控制进行适当校准是此处介绍的交叉校准程序类型的先决条件。但是,如果使用相同剂量的校准器测量给动物的活动,则精度的任何偏差都将被取消,前提是偏差是恒定的,并且遵循了完整的交叉校准程序,包括核素特异性校正(例如,对于不同的半寿命或不同的分枝比)。使用这种校准程序来协调用于人类保健和研究的PET/CT系统,精度至少可以达到5-10%。19,20。
成功实施该协议所产生的经过校准和校正的AIF能够量化PET/CT数据,用于动物疾病模型的表征、新治疗方案的测试、新示踪剂的建立以及现有的示踪剂进入另一个物种。看起来,在大鼠的18+FDG-PET/CT中连续进行血液采样,为生物动力学建模中输入的计算提供了最可靠的信息。通过考虑个体代谢,特别是肝脏清除,可以更精确地评估相关的病理或治疗效果。通过这种切实可行的协议,临床前PET/CT数据分析的工作效率更高,易于实现。

正电子发射断层扫描/计算机断层扫描(PET/CT)是一种核成像技术,在注射放射性标记配体(也称为示踪剂)后,能够可视化体内的代谢过程。配体是参与代谢途径或靶向细胞表面蛋白质的分子,而放射性标签是正电子发射的放射性核素。伽马射线由正电子衰变间接发射,允许使用体外PET探测器检测其在生物体中的分布。通过这种方式,可以靶向不同的细胞分子:神经递质受体和转运器,代谢过程,如糖解或线粒体蛋白,如转位蛋白18 kDa(TSPO),以检测活性胶质细胞。
在临床前研究中,PET/CT 是一种有吸引力的方法,以非侵入性的方式在体内研究生化过程,从而允许纵向研究。PET/CT数据支持疾病机制分析,评估新药的特性和药代动力学,以及验证转化研究的当前和新型放射追踪器。
在 PET/CT 分析期间,可以定义三种示踪状态(2 组织隔间模型的示例):首先,示踪剂在应用后在血液中流动(状态 1;conc.[血液])。其次,它通过毛细管床进入组织,可以在细胞外空间内自由移动,或者未具体地与不同的细胞或细胞外结构(状态2;conc.[unspec])绑定。第三,示踪剂可以专门绑定(无论是否代谢陷印)到其目标分子(状态3,conc.[规格])。隔间之间的所有这些动态过程在某种程度上是双向的,扩散过程由速率常数(K1、k2、k3 和 k4)来描述。虽然血液中示踪剂的浓度(即状态1)称为"输入",但非特定和特定结合的示踪剂(即状态2和状态3)的浓度称为"输出",可以直接从PET图像派生。这种生理关系可以显示在2组织隔间模型中(图1)。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig1.jpg"> 图 1:双组织分段模型。显示三种不同示踪状态的生理条件及其之间的动态过程。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的较大版本。</a>
在理想情况下,conc.[spec]与其目标分子的浓度成正比。但是,PET/CT 测量的输出是con.[spec]和 conc 的 (非规格)的总和。为了确定相关区域中的con.[规格],同时确定没有靶蛋白/通路的参考区域的[非规格]。通过使用适当的数学方程,现在可以计算 conc.[spec],最常见的是使用隔间模型(生物动力学建模方法)。然而,在许多情况下,这种没有靶蛋白的参考区域是不可用的1,2。在这些情况下,conc[血液]可用于确定 conc.[规范]。由于肝肾的清除、排泄、血流、不同脑血屏障渗透和疾病相关因素3,目前的黄金标准是测量血栓。 血液*与PET/CT扫描平行,通过连续血液采样。这给出了动脉输入函数(AIF),它被定义为随时间而"[血液]的conc.[血液]4。 值得注意的是,连续验血在技术上被认为极具挑战性,特别是在小动物,如大鼠或小鼠5。
在这里,我们提供了一个简单实用的协议,通过股骨静脉和动脉之间的动脉(a-v)分流来持续取样大鼠的血液。与市售的检测器泵系统相结合,我们能够在动态18F_氟氧葡萄糖 (=18F_FDG)-PET/CT 扫描期间生成实时、连续的 AIF,并将其与替代方法进行比较。PET/CT成像在4个月大的雄性大鼠身上进行,平均重量为462克~33克(均值=标准偏差),使用多模态PET/CT扫描仪。
由于在一系列测量过程中使用了多种设备(剂量校准器、在线血液采样器、PET/CT 和井计数器),因此需要一种质量控制程序,称为交叉校准,以检查所有系统的定量精度,并补偿差异。在线血液采样背景下的交叉校准意味着,在校正后的 PET 图像中测量的给定活动浓度的计数率可以转换为与 twilite 系统测量的相同浓度的浓度。因此,在PET/CT、血液取样系统和井计数器之间建立了交叉校准程序。
这种高度标准化的方法为临床前小动物研究中的代谢和细胞过程量化提供了一种强有力的方法,是提高AIF可靠性和可重复性的优雅方法。然后,AIF 可用于使用生物动力学建模对临床前 PET/CT 数据中的组织中特定结合的示踪剂进行量化。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sugery for arteriovenous shunt</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anesthesia station</td>
			<td>Groppler</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>aneurysm clips</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td>FT190T</td>
			<td>5 mm, closing force 70 g</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bulldog clamp</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td></td>
			<td>35 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dissectiong scissors BC165</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td>490-866</td>
			<td>dull, for skin preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>heating mat</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>insulin syringe</td>
			<td>Braun</td>
			<td></td>
			<td>30G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>needle holder</td>
			<td>medicon</td>
			<td>11.62.18</td>
			<td>micro surgical</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pliers for aneurysm clips</td>
			<td>Aesculap</td>
			<td>FT 470T</td>
			<td>Yasargil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>portex fine bore polythene tubing</td>
			<td>Smith Medical</td>
			<td>800/100/200</td>
			<td>ID 0.58 mm, OD 0.96 mm; PE50 equivalent tubing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>surgical microscope with camera</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
			<td>M50 + MC120 HD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>suture filaments 6.0</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>6.0, polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>suture filaments 3.0</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>3.0, absorbable, braided</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>two anatomical forceps</td>
			<td>Hammacher Soling</td>
			<td>HSC601-11</td>
			<td>micro surgery, 45&#176;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vascular or corneal scissors</td>
			<td>Geuder</td>
			<td>G19605</td>
			<td>micro surgery scissors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PET/CT imaging</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dose calibrator ISOMED 2010</td>
			<td>nivia instruments GmbH</td>
			<td></td>
			<td>for tracer portioning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inveon PET/CT</td>
			<td>Siemens</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tracer (e.g. 18F-FDG)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>manuel bloodsampling</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>capillary blood collection EDTA tube</td>
			<td>KABE Labortechnik GmbH</td>
			<td></td>
			<td>GK 150 EDTA 200 &#181;l</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>test tubes</td>
			<td>SARSTEDT</td>
			<td></td>
			<td>5 ml, 75 x 12 mm, PS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>well counter CAPTUS 700t</td>
			<td>Capintec</td>
			<td></td>
			<td>manuel measurement of blood activity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>automatic blood sampling</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD Venflon TM pro safety shielded IV catheter; 18 G (1.3 mm x 32 mm)</td>
			<td>BD</td>
			<td>3932269</td>
			<td>luer connections (to fit in t-connections)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>bloodsampler twilite two</td>
			<td>swisstrace GmbH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>combi stopper</td>
			<td>Braun</td>
			<td>4495101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>heparin</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>50U/ml for tube flushing before the experiment and aspiration during catheter surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hypodermic needle</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>G23 x 1 1/4&#34; / 0.6 x 30 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microprocessor controlled tubing pump</td>
			<td>Ismatec/Cole-Parmer</td>
			<td>ISM596</td>
			<td>12 rollers, 2 channels</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PSAMPLE modul of PMOD</td>
			<td>PMOD</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>reduction connectors</td>
			<td>Ismatec/Cole-Parmer</td>
			<td>ISM569A</td>
			<td>from ID 2.5 mm to ID 1.5 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silicone pump tubes</td>
			<td>Ismatec/Cole-Parmer</td>
			<td>070535-17-ND /SC0065N</td>
			<td>for roller pump (yellow/blue/yellow ID 1.52 mm, WT 0.84 mm, OD 3.2 mm)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silicone pump tubes - adapter tubing</td>
			<td>Ismatec/Cole-Parmer</td>
			<td>SC 0107</td>
			<td>black/black/black ID 0.76 mm, WT 0.86 mm, OD: 2.48 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>t-piece or t-connections</td>
			<td>Ismatec/Cole-Parmer</td>
			<td>ISM 693A</td>
			<td>ID 2.5 mm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

continuous blood sampling in small animal positron emission tomography/computed tomography enables the measurement of the arterial input function

对于正电子发射断层扫描/计算机断层扫描 (PET/CT) 数据的定量分析和生物动力学建模,确定时间血液时间活动浓度也称为动脉输入函数 (AIF) 是一个关键点,尤其是用于动物疾病模型的表征和引进新开发的放射性追踪器。血液中放射性追踪器可用性的知识有助于解释组织活性的PET/CT衍生数据。为此,建议在 PET/CT 成像期间进行在线血液采样以测量 AIF。与人工采血和图像来源方法相比,连续在线血液采样具有几个优点。除了最大限度地减少失血外,血液活动测量的分辨率和准确性也更高。然而,在线血液取样的主要缺点是,为动物的股骨血管导管进行昂贵而耗时的准备。在这里,我们描述了在小型动物PET/CT成像过程中的导管插入和连续血液采样的简单而完整的工作流程,并将其与手动血液采样和图像衍生方法进行了比较。使用这种高度标准化的工作流程,演示了氟氧葡萄糖(=18F_FDG)AIF的测定。此外,此程序可应用于任何放射性跟踪器,结合不同的动物模型,以创建示踪动力学和模型特性的基本知识。这允许更精确地评估药物的行为,在肿瘤、神经退行性和心肌疾病的临床前研究中,无论是诊断和治疗方法还是药物。

分流系统的设置如图2所示。图3A,C提供了与3只野生型大鼠在30分钟内人工采血数据相比的连续血液抽样数据的代表性结果。在连续血液取样开始时,在示踪剂注射后5s时可以看到初始峰值(最大放射性浓度)。之后,血液中的活性迅速下降,并在15分钟内到达高原。在人工采血数据中,检测到的峰值较小,而高原不易定义(图3A,C)。连续血液采样与图像派生数据的比较如图3B,D所示。在图像派生数据中,高原的峰值和起点清晰可见,然而,与所有动物的连续血液采样数据相比,峰值最大值较小(图3B,D)。
图3E,F显示了使用我们的设置进行连续血液采样的次优结果。在连续血液取样开始时,由于血液凝固,在前3.5分钟内无法采集数据。通过在连接器橙色断开管系统并随肝化盐水溶液浮动,管系统中的流量重新启动并继续测量。在大约4分钟时可以看到峰值,这不能记录血液中放射性的最大(图3E,F)。人工血液取样(图3E)和图像推导分析(图3F)仍然是可能的,并且与正确的结果相当。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59701/59701fig3.jpg"> 图 3:与人工采血相比,连续血液采样的代表性结果。与手动血液采样(左列)和连续血液采样相比,与图像派生方法(右列)相比,从连续血液采样获得的典型动脉输入功能。A-D小组展示了在两种不同动物中正确实施该协议的结果。面板E和F说明了测量的次优结果。显示的所有数据都针对交叉校准因子和背景进行了更正。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59701/59701fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的较大版本。</a>

Watch this Scientific Journal Video about Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function at JoVE.com

Continuous Blood Sampling in Small Animal Positron Emission Tomography/Computed Tomography Enables the Measurement of the Arterial Input Function

小型动物正电子发射断层扫描/计算机断层扫描中的连续血液采样支持动脉输入函数的测量

这里描述了在大鼠PET/CT成像期间连续血液采样的协议,用于测量动脉输入功能(AIF)。演示了导管、系统的校准和设置以及血液放射性的数据分析。生成的数据为后续的生物动力学建模提供输入参数。

For quantitative analysis and bio-kinetic modeling of positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) data, the determination of the temporal ...

在此视频中，提供了连续血液采样的协议。血液放射性将平行于PET/CT使用体外动脉分流器进行测量。通过这样做，将生成用于后续 PET/CT 数据定量的动脉输入函数，并允许以后进行精确的生物动力学建模。该协议的主要优点是，它可重复，产生最小的失血，并有利于高精度的时间分辨率的动脉输入功能。必须交叉校准用于确定血液活性浓度的所有测量设备。演示程序将是安妮莫勒，一个技术人员从我们的实验室。在确认在12小时的禁食大鼠中对手趾捏没有反应后，剃掉动物手术侧的腿部和腹股沟，用额外的消毒剂清洁裸露的皮肤。将软膏涂抹在动物的眼睛上，并放置直肠探针，用于持续监测和维持体温。将大鼠的四肢胶带固定到工作表面，用粘膜消毒剂对作业现场进行消毒。在腹股沟上做一个大约20毫米的切口，并解剖细皮肤层，以暴露股骨静脉，动脉和神经。在股骨静脉和动脉下放置两条细丝，用细丝将血管装点。用斗牛犬夹将容器与紧要器保持紧张，使用近端缝合线丝用斗牛犬夹在没有结的情况下使容器紧张。用近端动脉瘤夹住静脉，用斗牛犬夹将两到三毫米的缝合线从缝合线分离，并使用角膜剪刀做一个直径为1/3的切口。容器切口是我们协议中最关键的一步。请确保使用角膜剪刀等显微手术仪器，并确保以 45 度角小心切割容器。使用无菌棉签去除泄漏的血液，用沉闷的钳子扩张静脉。将容器打开，将锐化导管插入近向静脉，一直插入动脉瘤夹。打开动脉瘤夹，再将导管再推两到三厘米。如果导管放置正确，血液将流入导管。用两个近结固定导管。使用胰岛素注射器通过导管冲洗和吸气 100 微升肝素盐水，以检查导管的功能。然后把导管放入动脉，就像刚刚演示的静脉，用缝合线关闭腿。演示这个程序的将是乔安娜福斯特，一个技术员从我们的实验室。要进行图像采集，请将动物放在穿梭床托盘上容易头部的位置，然后将穿梭床移动到扩展床位置进行喷射。将导管连接到分流系统，以每分钟 1.52 毫升的流量启动近位泵，用动物的血液填充分流系统。将穿梭床移动到正电子发射断层扫描器或PET检测环的视野中心，并启动在线血液采样系统。然后启动 PET/计算机断层扫描或 CT 工作流。60秒后，通过T片静脉注射0.5至1毫升约22兆贝克勒剂量的18F氟氟二氧葡萄糖。用约 150 微升的肝素盐水溶液冲洗 T 片。对于PET发射获取，将按时间获取选项设置为 3，600 秒，并选择 F-18 作为研究同位素。使用 350 到 650 千吨伏特作为能量电平，使用 3，438 纳秒作为正时窗口。对于 CT 采集，在采集选项中选择衰减扫描，在投影设置字段中选择 180 投影，进行半次总旋转。对于视场和分辨率设置，选择低作为放大倍率，选择四 x 四作为绑定，具有 275 毫米轴向扫描长度和 3，328 像素作为跨轴电荷耦合器件大小。在曝光设置字段中，为电流设置 500 微安，为电压设置 80 千伏，为曝光时间设置 180 毫秒。然后在接下来的 60 分钟内获取动态 PET，然后在 PET 成像结束时进行 CT 扫描。对于 PET 发射直方图，将一系列 20 帧设置为动态帧，并选择延迟的减法。在高级设置字段中，选择 128 作为 sinogram 宽度，3 作为跨度，选择 79 作为环差和死时校正。对于PET重建，使用二维有序子集期望值最大化，应用和保存散射声像与四个迭代和四维重新绑定作为重建算法。然后选择 128 乘 128 作为矩阵大小，使用一个作为图像缩放，并选择所有帧和全部的线段。对于手动血液采样 30、60、90、600 和 1，800 秒后启动成像采集，打开第一个三向阀。在示踪剂注射30秒后，将100微升动脉血收集到EDTA毛细管中。要测量整个血液的活性，将样品装入井计数器，以便计算每毫升千贝克勒的手动血液采样的每个时间点全血的活动。对于在线血液采样，使用管导将管放入检测器，然后启动血液采样器软件。打开采集界面，确认在线血液采样设置和 PET/CT 的计算机是时间同步的。在注入示踪器前 60 秒，按下"开始"按钮，以获取足够的数据进行背景校正。测量后，通过 PMOD 数据库中的"保存"按钮保存原始数据。要更正和校准在线血液数据，请切换到校正界面并启用衰减校正。选择 18 F，并定义图像采集的开始时间，使"平均"按钮能够执行背景校正。激活校准，然后输入校准系数。使用"保存 TAC"按钮保存已更正和校准的血液数据，然后选择血液。crv 文件。在连续血液采样开始时，可在网上分析中观察示踪剂注射后约五秒钟开始，观察到放射性浓度的初始峰值。在此峰值之后，血液中的活动迅速下降，大约在15分钟内到达高原。在人工血液采样数据中，检测到的峰数较小，且不易定义高原。在图像派生数据中，高原的峰点和起点清晰可见。然而，与连续的血液采样数据相比，峰值的最大值较小。在这个次优连续血液采样中，由于血液凝固，在采样前3 1~2分钟内无法获取数据。清除血块后，管系统中的流量重新启动并继续测量，揭示了大约四分钟的峰值，没有记录血液中的最大放射性。然而，在这种次优采样中，手动血液采样和图像衍生分析仍然是可能的，并证明其结果与观察到的对正确的连续血液采样结果的结果相当。在整个过程中牢记动物的福利，按照建议准确准备分流系统，并尽量缩短管子的长度。该协议可用于新诊断PET痕迹的变化，新疾病模型的表征，以及新疗法在临床前环境中的治疗反应评估。

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