Функция артериального ввода - Arterial input function

Функция артериального ввода (AIF), также известная как функция ввода плазмы, относится к концентрации индикатора в плазма крови в артерии, измеренной с течением времени. Самая старая запись в PubMed показывает, что AIF использовался Харви и др.[1] в 1962 году для измерения обмена материалами между красные кровяные тельца и плазма крови, а другими исследователями в 1983 г. позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) исследования.[2][3] В настоящее время кинетический анализ выполняется в различных медицинская визуализация методы, для которых требуется AIF в качестве одного из входных параметров математической модели, например, при динамической ПЭТ-визуализации,[4] или же перфузионная КТ,[5] или с динамической контрастностью магнитно-резонансная томография (DCE-MRI).[6][7]

Как получается AIF

Пример функции артериального ввода, показывающий концентрацию индикатора в плазме крови с течением времени.

AIF можно получить несколькими разными способами, например, с помощью инвазивного метода непрерывного забора артериальных проб с помощью онлайн-монитора крови,[8] с использованием инвазивного метода взятия образцов артериальной крови, полученных в дискретные моменты времени после инъекции,[4] с использованием минимально инвазивного метода с использованием AIF на основе популяции, где функция ввода в субъекте оценивается частично на основе априорной информации, полученной от предыдущей популяции, и частично на основе информации о крови самого субъекта, полученной во время сканирования,[9] или с использованием функции артериального ввода на основе изображения (IDAIF), полученной путем размещения интересующей области (ROI) над артерией и калибровки полученных кривых по образцам венозной крови, полученным на более поздних этапах (от 30 до 60 минут) динамического сканирования[10] когда концентрации индикаторов в венозной и артериальной крови становятся равными.[4]

Динамическое сканирование - это сканирование, при котором двумерные (2D) или трехмерные (3D) изображения получаются снова и снова в течение периода времени, формируя временной ряд наборов данных 2D / 3D изображений. Например, динамическое сканирование ПЭТ, полученное в течение одного часа, содержит первые несколько коротких кадров изображения, полученных в течение 5 секунд, чтобы зафиксировать быструю динамику индикатора сразу после введения индикатора, и более поздние кадры, полученные в течение 30 секунд. Каждая точка данных на кривой AIF представляет собой измерение концентрации индикатора из артерии, полученное из каждого из этих временных кадров изображений, полученных с течением времени, с примененными к нему внешними поправками.[нужна цитата ]

Эти четыре метода кратко описаны ниже:

Непрерывный забор артериальных проб

Непрерывный забор артериальной крови инвазивен, болезнен и неудобен для пациентов. У женщин в постменопаузе, визуализированных с использованием [18F] NaF для исследований костей.[11]

Дискретный отбор артериальных проб

Отдельный забор артериальной крови является инвазивным, болезненным и неудобным для пациентов. Cook et al. измеряли дискретные образцы крови и сравнивали их с непрерывным отбором образцов артериальной крови у женщин в постменопаузе, полученные изображения с помощью [18F] NaF для исследований костей.[11] Другое исследование пациентов с раком головы и шеи, полученное с помощью [18F] FLT-ПЭТ и многие другие исследования позволили получить дискретные образцы артерий для оценки входной функции артерий.[12]

Подход к получению дискретных артериальных проб был основан на наблюдении, что пик болюса наступает через 5 минут после инъекции, и что последняя часть кривой в большинстве случаев представляет собой одно- или двухэкспоненциальную кривую. Это означало, что непрерывный отбор проб артериальной крови не требовался, а дискретных проб артериальной крови было достаточно для получения непрерывных кривых с использованием экспоненциальной подгонки модели.[нужна цитата ]

Популяционный метод

Функция ввода на основе совокупности обычно основывается на наборе данных, ранее полученном другими исследователями в конкретном наборе совокупностей, и используются средние значения. Эти методы обычно обеспечивают лучшие результаты, если используется большое количество наборов данных и основаны на предположении, что входная функция для нового пациента в этой подгруппе населения будет незначительно отличаться от средних значений по популяции. В исследовании нейровоспаления автор использовал популяционную функцию ввода данных у здоровых добровольцев и пациентов с трансплантацией печени, полученные с помощью [18F] GE-180 ПЭТ.[13] В другом исследовании здоровые люди в контрольной группе и пациенты с болезнью Паркинсона и Альцгеймера были визуализированы с использованием [18F] FEPPA PET.[14] Zanotti-Fregonara et al.[15] тщательно изучили литературу по входной функции артерий, используемой для ПЭТ-визуализации головного мозга, и предложили возможность популяционных входных функций артерий в качестве потенциальной альтернативы инвазивному отбору артериальных проб.[нужна цитата ]

Однако Blake et al.[16] получил полупопуляционный метод на основе изображений здоровых женщин в постменопаузе с использованием [18F] NaF для исследования костей[16] на основании наблюдения, что более поздняя часть артериальной входной функции может быть построена из образцов венозной крови, поскольку концентрация индикатора в венозной и артериальной крови равна 30 минутам после инъекции. Они вывели пик кривой из предыдущего исследования, в котором был получен непрерывный забор артериальной крови, и более позднюю часть кривой из образцов венозной крови отдельного пациента, у которого необходимо оценить AIF. При объединении в результате получается функция артериального ввода на основе полупопуляций.[нужна цитата ]

Метод, производный от изображения

Функция артериального ввода на основе изображений (IDAIF), полученная путем измерения счетчиков индикаторов в аорта,[4] кародитовая артерия,[17] или же лучевая артерия[8] предлагает альтернативу инвазивному забору артериальной крови. IDAIF в аорте может быть определен путем измерения количества индикаторов в левом желудочке, восходящей аорте и брюшной аорте, и это ранее было подтверждено различными исследователями.[10][4]

Кривая зависимости артериальной активности от времени (TAC) на основе данных изображения требует корректировки метаболитов, образующихся с течением времени, различий между активностью цельной крови и плазмы, которые не являются постоянными во времени, корректировки ошибок частичного объема (PVE) из-за небольшого размера ROI, ошибки распространения из-за активности соседних тканей за пределами ROI,[18] ошибка из-за движения пациента и шум, возникающий из-за ограниченного количества отсчетов, полученных в каждом временном кадре изображения, из-за коротких временных кадров. Эти ошибки исправляются с помощью образцов поздней венозной крови,[4][10] и полученная кривая называется функцией артериального ввода (AIF). На протяжении многих лет исследователи опробовали множество методов.[19][20][21][22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Харви, РБ (1962). «Экстракция пара-аминогиппурата и креатинина почками, измеренная путем непрерывного отбора проб in vivo артериальной и почечной крови». Ann N Y Acad Sci. 102 (1): 46–54. Bibcode:1962НЯСА.102 ... 46Н. Дои:10.1111 / j.1749-6632.1962.tb13624.x. PMID  13960801.
  2. ^ Гершович, П. (1983). «Мозговый кровоток, измеренный с помощью внутривенного H2 (15) O. I. Теория и анализ ошибок». J Nucl Med. 24 (9): 782–9. PMID  6604139.
  3. ^ Henze, E .; Huang, S.C .; Ратиб, О .; Hoffman, E .; Phelps, M. E .; Шельберт, Х. Р. (1983). «Измерение концентрации радиоактивных индикаторов в региональной ткани и пуле крови на основе серийных томографических изображений сердца». J Nucl Med. 24 (11): 987–96. PMID  6605418.
  4. ^ а б c d е ж Кук, Гэри Дж. Р .; Lodge, Martin A .; Марсден, Пол К .; Дайнс, Анджела; Фогельман, Игнак (1999). «Неинвазивная оценка кинетики скелета с использованием фторид-позитронно-эмиссионной томографии фтора-18: оценка изображения и популяционных входных функций артерий». Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации. 26 (11): 1424–1429. Дои:10.1007 / s002590050474. ISSN  1619-7070. PMID  10552083. S2CID  22595140.
  5. ^ Lui, Y.W .; Tang, E.R .; Allmendinger, A.M .; Спектор, В. (2010). «Оценка перфузии КТ при церебральной ишемии: модели и подводные камни». Американский журнал нейрорадиологии. 31 (9): 1552–1563. Дои:10.3174 / ajnr.a2026. ISSN  0195-6108. PMID  20190208.
  6. ^ Шабель, Маттиас К. (31 января 2012 г.). «Единая модель импульсного отклика для DCE-MRI». Магнитный резонанс в медицине. 68 (5): 1632–1646. Дои:10.1002 / mrm.24162. ISSN  0740-3194. PMID  22294448.
  7. ^ Танудж Пури, Сара Вискомб, Салли Маршалл, Джон Симпсон, Джозефин Нэйш, Пит Телуолл. Изменения свойств легочных сосудов в модели острого повреждения легких у человека, измеренные с помощью DCE-MRI, на 20-м ежегодном научном собрании Британского отделения Международного общества магнитного резонанса в медицине (ISMRM), Эдинбург, Великобритания, сентябрь 2014 г.
  8. ^ а б Маркес, Тьяго Рейс; Ashok, Abhishekh H .; Анжелеску, Илинка; Борган, Вера; Майерс, Джим; Лингфорд-Хьюз, Энн; Натт, Дэвид Дж .; Веронезе, Маттиа; Turkheimer, Federico E .; Хоус, Оливер Д. (15 апреля 2020 г.). «Различия рецепторов ГАМК-А при шизофрении: исследование позитронно-эмиссионной томографии с использованием [11C] Ro154513». Молекулярная психиатрия. Дои:10.1038 / с41380-020-0711-у. ISSN  1359-4184. PMID  32296127.
  9. ^ Блейк, Глен Мервин; Сиддик, Мусиб; Пури, Танудж; Фрост, Мишель Лоррейн; Мур, Амелия Элизабет; Кук, Гэри Джеймс Р .; Фогельман, Игнак (2012). «Функция ввода полупопуляции для количественной оценки статических и динамических сканирований ПЭТ с 18F-фторидом». Связь с ядерной медициной. 33 (8): 881–888. Дои:10.1097 / MNM.0b013e3283550275. ISSN  0143-3636. PMID  22617486. S2CID  42973690.
  10. ^ а б c Пури, Танудж; Блейк, Глен М .; Сиддик, Мусиб; Frost, Michelle L .; Кук, Гэри Дж. Р.; Марсден, Пол К .; Фогельман, Игнак; Курран, Кэтлин М. (2011). «Валидация новых функций артериального ввода в аорте на основе изображений с использованием 18F-фторидной позитронно-эмиссионной томографии». Связь с ядерной медициной. 32 (6): 486–495. Дои:10.1097 / MNM.0b013e3283452918. ISSN  0143-3636. PMID  21386733. S2CID  32105830.
  11. ^ а б Кук, Гэри Дж. Р .; Lodge, Martin A .; Блейк, Глен М .; Марсден, Пол К .; Фогельман, Игнак (18 февраля 2010 г.). «Различия в кинетике скелета между позвонками и плечевой костью, измеренные с помощью 18F-фторид-позитронно-эмиссионной томографии у женщин в постменопаузе». Журнал исследований костей и минералов. 15 (4): 763–769. Дои:10.1359 / jbmr.2000.15.4.763. ISSN  0884-0431. PMID  10780868.
  12. ^ Хакетт, Сара Л; Лю, Дан; Халкиду, Анастасия; Марсден, Пол; Ландау, Дэвид; Фенвик, Джон Д. (2013). «Оценка входных функций из динамических [18F] FLT-ПЭТ-исследований головы и шеи с поправкой на эффекты частичного объема». Исследование EJNMMI. 3 (1): 84. Дои:10.1186 / 2191-219X-3-84. ISSN  2191-219X. ЧВК  4109699. PMID  24369816.
  13. ^ Бухерт, Ральф; Диркс, Мейке; Шютце, Кристиан; Вилке, Флориан; Мамах, Мартин; Виррис, Анн-Катрин; Пфлуград, Хеннинг; Хаманн, Линда; Langer, Laura B.N .; Ветцель, Кристиан; Лукачевич, Марио (23.04.2020). «Надежная количественная оценка исследований нейровоспаления 18F-GE-180 из ПЭТ с использованием индивидуально масштабируемой функции ввода данных на популяционной основе или позднего соотношения ткани и крови». Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации. Дои:10.1007 / s00259-020-04810-1. ISSN  1619-7070. PMID  32322915.
  14. ^ Мабрук, Ростом; Strafella, Антонио П .; Кнежевич, Дунья; Гадери, Кристина; Мизрахи, Ромина; Гарехгазлу, Авидех; Кошимори, Юко; Хоул, Сильвен; Русян, Пабло (2017-05-17). Гарг, Прадип (ред.). «Технико-экономическое обоснование количественной оценки TSPO с [18F] FEPPA с использованием функции ввода на основе совокупности». PLOS ONE. 12 (5): e0177785. Bibcode:2017PLoSO..1277785M. Дои:10.1371 / journal.pone.0177785. ISSN  1932-6203. PMID  28545084.
  15. ^ Занотти-Фрегонара, Паоло; Чен, Кевей; Лиоу, Джейх-Сан; Фудзита, Масахиро; Иннис, Роберт Б. (2011-08-03). «Функция ввода изображений для исследования ПЭТ головного мозга: много проблем и мало возможностей». Журнал церебрального кровотока и метаболизма. 31 (10): 1986–1998. Дои:10.1038 / jcbfm.2011.107. ISSN  0271-678X. ЧВК  3208145. PMID  21811289.
  16. ^ а б Блейк, Глен Мервин; Сиддик, Мусиб; Пури, Танудж; Фрост, Мишель Лоррейн; Мур, Амелия Элизабет; Кук, Гэри Джеймс Р .; Фогельман, Игнак (август 2012 г.). «Функция ввода полупопуляции для количественной оценки статических и динамических сканирований ПЭТ с 18F-фторидом». Связь с ядерной медициной. 33 (8): 881–888. Дои:10.1097 / MNM.0b013e3283550275. ISSN  0143-3636. PMID  22617486. S2CID  42973690.
  17. ^ Сари, Хасан; Эрландссон, Кьелл; Закон, Ян; Ларссон, Хенрик Б.В.; Урселин, Себастьян; Арридж, Саймон; Аткинсон, Дэвид; Хаттон, Брайан Ф (2017). «Оценка входной функции изображения, полученной с помощью МРТ сонных артерий в исследованиях FDG-PET на людях с использованием нового метода коррекции частичного объема». Журнал церебрального кровотока и метаболизма. 37 (4): 1398–1409. Дои:10.1177 / 0271678X16656197. ISSN  0271-678X. ЧВК  5453460. PMID  27342321.
  18. ^ Нуйц, Дж (1996). "Трехмерная коррекция распространения и восстановления изображений ПЭТ миокарда". Журнал ядерной медицины. 37 (5): 767–74. PMID  8965143.
  19. ^ van der Weerdt, Arno P .; Boellaard, Рональд; Visser, Frans C .; Ламмерцма, Адриан А. (27 февраля 2007 г.). «Точность 3D-режима сбора данных для ПЭТ-исследований миокарда с использованием ФДГ с использованием сканера на основе BGO». Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации. 34 (9): 1439–1446. Дои:10.1007 / s00259-007-0367-8. ISSN  1619-7070. PMID  17333179.
  20. ^ Пури, Танудж; Блейк, Глен М .; Сиддик, Мусиб; Frost, Michelle L .; Кук, Гэри Дж. Р.; Марсден, Пол К .; Фогельман, Игнак; Карран, Кэтлин М. (июнь 2011 г.). «Валидация новых изображений артериальных входных функций в аорте с использованием 18F-фторид-позитронно-эмиссионной томографии». Связь с ядерной медициной. 32 (6): 486–495. Дои:10,1097 / мм. 0b013e3283452918. ISSN  0143-3636. PMID  21386733.
  21. ^ Ли, Джэ-Хун; Лиоу, Джейх-Сан; Пол, Сумен; Морс, Шерил Л .; Haskali, Mohammad B .; Мэнли, Лестер; Щербинин, Сергей; Рубль, Дж. Крейг; Кант, Нэнси; Коллинз, Эмили С .; Натхолл, Хью Н. (14 марта 2020 г.). «Количественное определение O-GlcNAcase мозга с помощью [18F] LSN3316612 с помощью ПЭТ у здоровых добровольцев». Исследование EJNMMI. 10 (1): 20. Дои:10.1186 / s13550-020-0616-4. ISSN  2191-219X. ЧВК  7072082. PMID  32172476.
  22. ^ Рингхейм, Анна; Кампос Нето, Гильерме де Карвалью; Аназодо, Удунна; Цуй, Люмен; да Кунья, Марсело Ливорси; Витор, Тайзе; Мартинс, Карин Минаиф; Миранда, Ана Клаудиа Камарго; де Барбоса, Марисель Фиголь; Фускальди, Леонардо Лима; Лемос, Густаво Казерта (24 февраля 2020 г.). «Кинетическое моделирование 68Ga-PSMA-11 и проверка упрощенных методов количественной оценки у пациентов с первичным раком простаты». Исследование EJNMMI. 10 (1). Дои:10.1186 / s13550-020-0594-6. ISSN  2191-219X. PMID  32140850.