专利名称：用于机能医学扫描的血液输入函数的估算的利记博彩app
用于机能医学扫描的血繊入函数的估算
駄领域
本发明涉及诸如正电子，断层扫描术的机能医学成像技术，并且尤
及用于处理由此而得的图像所必需的对于血液输入函数(BIF)的估算。 背景狱
正电子发射断层扫描术(PET)是一种核医学成像技术，其提供人体或动 物体内的机能处理的三维图形。
性(皿正电子的)示踪剂同位素被合并到诸如皿氧葡萄糖(FDG， 一种糖的类似物)等被主体摄取的代擀活性好中。其他可用于PET的娜性 示踪肝包銜llC]-奎丙灵、[11C]-二氧化碳、[150]-标i37K或氧、[13N]-氨。 所有这些均倉嫩M31^测和记录由周围物质中所发射的正电子和电子间的碰撞
而产生的伽马型辐射的扫描仪^^相mia行成像。
这样产生的辐射以舰乎相反方向行进的两个光子的形式释放。因此，通 过在一个小的重合时间窗口 (一个事件)内检测相应的光子，育嫩推导出一个 沿辐針源延伸的响应线(LOR)。对一些这种线进行推导(或分析)将会得到 鹏主体空间尺寸的示踪齐盼布的三维图形。被鄉并織而被检测的单个事 件的数目与娜性衰减的速率和因此与主体内鹏性示踪齐啲浓度有关。由响 应线推导出的自性分布的置信度与被检测的事件的数目成比例，而被检测的 事件的数目反过来又与记录事件的时间间隔有关。已知诸如FDG等的一些示 踪齐哙聚敏诸如肿瘤细鹏B肌肉等具徹高葡糖代谢率的器官中。在这种情 况下，在示踪齐陏时间聚集之后对一定的时间间隔记录剽牛并对该间隔估算衰 减的平均速率。这种图像被称之为静細描。
可选择的，当示踪剂还ffit行分布时可以在一定时间段内产生一些这种图 像以形成一序列类似于 ^歸踪剂+琉的机能糊的影像记录的瞬态帧。 ^i 列通常被称为动态图像并且可以是2或3维的。
除了对静态图像进行分析，对娜性示踪齐咖何在时间和空间内进行分布 的分析更能皿另外的关于主似力能性行为的S^t息。
3
对这些涉及鄉摄取的織剂^W性示踪齐啲动态图形的分析包括药物
动力学(PK)建模駄，其中j^ 摄取和排出的细iaaii以多个限定好的隔
室的形式建模成扩散过程(参见，例如，Positron Emission Tomogr^)hy
Blood Flow and Metabolism^ 2001年第21巻第6期635—652页)。
药物动力学近似法M感兴趣的组织上药物作用进行建模的基础。它常规 鹏于药物研发駄，因为医学成像模^^得一雖内细IS^呈可见。
PK模型的解析包括将模型参数代入瞬时图像数据。对于组织中药剂相对
浓度的数学皿是两种函数的徵只
一时间递繊旨数函数的和，描述每一个隔室内药剂的摄取和排出情况； —与血管内示踪剂的浓舰比例的时间变化函数，也即，血、 入函数(BIF)。 为了精确和真实^ft, PK建模fe^需要对BIF进行合理精确的测定。 已知多种用于估算BIF的方法，并且#~种都具有相应的缺陷。 在一种方法中，在PET图像上的动脉区域中划出感兴趣的区域(ROD并 假设在ROI区域的摄取与BIF线性相关。由于可用的动脉相对于成^S可得 的分辨率(不超过几毫M体素)而言较小，从而该评估不会太精确，因为它 对ROI的定位以及噪声非常,。典型的，PET的空间^H軒允许在这样小 的ROI中估鄉确的BIF。如果ROI的直径小于lcm，则ROI的量化條成 问题，因为它会受到评估中高方差或偏差的影响。并且，动态图像的瞬时^f, 率会穀ij噪声水平的损害帧繊短，图像的噪声就越大。例如，在一些情况 下，如果帧的離时间少于5—10秒，图像中的噪声会使得量化不准确。
一种更普遍的方,括在一段时间内采集一系列血液样本，而后在辐射探 测器中计算由每一个样本须懂出的血液的術只。这是一种侵入性的、创伤性的 Mf呈，会给主体和医师等人带来危险，并且需要M^lt性血液更加重了这一 风险。除了给和Mt性污染相关的人员带来危险之外，还存在当进行必要的去 污时所用的M^的、昂贵的设备可能无法工作的风险。
应当指出，对于鹏(尤其是鼠科动物)研究，估算BIF所需要的血、M 可能占动物的血液总量的相当大一部分，并且经常性的血、^^样能导致动物因 缝烛而死亡。这一般会禁止舰同一个动物用于连续研究，这是根本上改 ^a结构和原始綠的一个因素，以及由于需要更多的动物用于实餘而显著增加了执行的^。
为了进一步讨论现行舰的BIF估算的不同方法所弓胞的问题，可参考例 如Parametrically defined cerebral blood vessels as non-invasive blood input fimction for brain PET studies, M Asselin^ V J Cunningham^ Shigeko Amano, R N Gunn禾口 C Nahmias, Phys.Med.Biol， 2004年第49期1033-1054页，以及Measurement of input function in rodents: challenges and solutions, R Laforest等，Nuclear Medicine and biology, 2005年第32期679—685页。
PET至少包括两个主要的优点。第一，所鹏的方謝性核素(C、 N、 F等) 可被绑定至IJ几乎任贿机肝上以及在给定代谢路径中所涉及的潜在的大量分
子。这使得对几刑顿的肝ania行成像成为可能。
PET还相当灵敏，并且只需要一些小量的示踪剂来获得有用的信号(一般 riM或pM浓颇于获贿用信号舰够了)。
另一方面，PET的确具有一个主要的缺点如果要产生有用的信噪比的图 像，贝鹏时微率4蹉。 一般的，在10-30秒内获得的PET图像将产生具有 低信噪比(SNR)的噪声图像。
这是为何PET未作为动态成像驗临床鹏中常规应用的原因在PET 临麻呈序中只有具有短排出时间和容易a^的药效学性质的^Mt性示踪剂
倉巨 ;像，因为在摄取示踪剂之后静态图像已^i腿稳定状态。
动态PET通常只用于研究草案中并且积极研究的目标在于BIF的精确估算。
如果可由PET或其他机能医学扫描技术(例如，SPECT)得到较好的SNR 禾P/^量信息，则对模态的OTM大大扩展，尤其是在临床前的工作和此后 的临床领域。在SPECT中，可用的鄉齐l泡括99m-银MIBI或SESTA-MIBI。 磁^feK像(MRI) ^t具有一系列与PET所具有的互补的优点和缺点。 在一个很快的模态中，可实时(例如，^^钟20幅图像)获得信噪比为大 约5或10的2D图像。因此，在诸如胸胸态^^增强MRI (DCE^MRI)等 的临床应用中已矿泛舰像轧(Gd) ^t/等的基于Tl的j^lj，从而取 得显著效果快iim取Gd造鋭啲区域可被i賜讲以髙特條征为恶性的(与 较低摄取的区嫩目区分)。尽管传统的Tl it^抱括Gd鳌^j，但其他的造 影剂也是翻的。
解剖结构在MRI图像中也是清晰可见的从而可更加容易的分辩出动脉组 织。麟好的解剖学细节的高空间^ff率与高时间^il率结合，提供独一无二 的在血流中追踪Gd分子的能力，并且这肯調于计算BIF 。例如,参见Magn Reson M喊1996年八月，第36巻第2期，225 —231页，Measurement of the arterial concentration of Gd-DTPA using MRI: a鄉toward quantitative perfusion imaging. Fritz-H咖en T， Rostrup E, Larsson HB, Sondeigaard L, Ring P, Henriksen O。
另一方面，其灵iiJt比PET低，并且需要试剂浓度在mM或微M以上以 获得可用信号。
同时，具有Gd鳌合物的Tl，提不能穿翻胞的大舒。可顿DCE MRI成像的代谢通路局限于那^含与试剂结合的细胞内位置或 受体。这 为MRI作为用于疾病评价和药物鹏的探査的工具带来很大的局限性，因为 绝大多数代谢Mli^生,胞内。
根据本发明，处理一系列机能医学扫描图像的方,括附加的权利要求1 中所述的步骤。
除了由MRI扫描获M据，还可能在机能医学扫描期间进^ 页建模^ 采集以用B谱BIFo
机能医学扫描图像可以是例如SPECT扫描图像的PET扫描图像。 MRI麟齐脷机能医對3描麟剂通常作为混糊狄。
现在，将参照下文的附图i!31非限定性的示例对本发明进行描述。
图1是伴随着示踪齐胜A^J主体内的戶;fJ^H4^踪齐赃组织中的浓度的 动态浓度曲线的示意图，以及
图2雖随着示踪齐脏APJ主体内的^MJ"'际踪齐Ott浆中的浓度的 动态浓度曲线(BIF)的示意图。
具体实駄式
图1和图2 ^需要在主体内体现的函数以便将药物动力学建模&^自 于从诸如PET等的机能医学扫描扰水中获取的数据。需要取自诸如图1所示的 实函数的 —般会来自在不同长度扫描间隔内获得的一系列PET图像的区域 分析。对預如图2所示的实函数，0M娜一般可由在一定时间内抽取的计
算好的血液样本的血 ^物浓度提供。
由图2所示的BEF的形伏，并且尤其是相对尖锐和高的峰值A，可以看出，
获取娜的方法需要具有相对较高的瞬时彌率以便精确的限定函数。
3 发明的一个实 式，■ MRI和PET对活体同时成像。所iM
的織剂是Gd鳌合物(或{琉其他的Tl造影剂)和PET娜性核素的组合
物。这样一种组合物可以以與虫注入Tl试剂和娜性核素的形式给药，赫
以两者的混^l的形式一7欠注入。
可选择的，两种禾I^所必需的節綑能在单一一^f肝内结合。 由活体的动脉或血液池(心室)中容易i湖啲区域中获取MRI图像，并且
'I^I^像可能促使BIF的精确估算。高浓度的Gd鳌合物可用来获得好的信号。 鹏结合^ff需受体上的其他试齐職得PET图像。在组织内摄取的缓歐
程在PET中被充分成像。
可以在随后劍PK建模鹏岫MRI娜获得的BIF的可靠估算来分析
PET信号。
可选择的，BIF可由MRI数据和可从先前研究、先验知识或群体范数 (peculation norm)得到的BIF的前期模型的组^itfiH十算。来自机能医学扫 描的 也可以与MRI 结合以计算BIF。
用于PET和MRI扫描的视域(FOV)不需要交叠，因为动脉信号能^i 体的樹可部分被有用的获取。因此，可对m^5设置的分离的PET和MRI 仪器进行布置。
但是，iM组合的PET-MRI系统(参见Ladebeck等人的ISRMR2005)
育^^得PET和MRI扫描MM相同视域。该^S非常ra的一^t点在于可
以同时获得数据；这一因素非常重要，因为示踪齐赃血液中的分布纟wa3i5i
续的注入而再现。
从而可以^t将两种模态的扫描结果结合的普通的解剖结构(即使在需要 为例如呼吸等作调整的时候)。MRI和PET的结合^普通的时空结构，其中 来自每一个的动^ft息可以被结合。
这种组合系统也使得其自身在一 次注入中^ PET和MRI造影剂。 由于没有必要舰等量的MR试齐诉n娜性核素，因此可由标准PET剂 量获得适当的信号。如果只i^ MR试齐，血液池和渗透性，则可使用传统 的Gd鳌，。如果MR试剂需要更特效性,Gd可以聚驗也结合有維的PET ,性核素的纳米管上。可以在单一一^t^纳米管上聚集髙达几万的Gd,因此
提高了MRI 的灵敏度。
使用可注入造影剂的替代方案来获得BIF,例如，通过使用动脉自旋标记 物或由如在机能MRI (fMRI)中使用的血液动力学响应来获得BIF。
权利要求
1、一种处理一组定量机能医学扫描图像的方法，包括如下步骤给主体施加适合的机能医学扫描造影剂和适合的MRI造影剂；对主体同时执行机能医学扫描和MRI扫描以产生机能医学扫描图像和来自MRI扫描的相应数据；使用在MRI扫描期间获得的数据来计算主体的血液输入函数(BIF)，和基于所得到的BIF和定量机能医学扫描图像执行药物动力学分析。
2、 根据权利要求1戶，的方法，其中使用BIF的前期,和MRI数据对 BIF进冊算。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中使用机能医学扫描图餅卩 对BIF进fiH十算。
4、 根据权利要求1, 2或3所述的方法，其中戶;M机能医学扫描和MRI扫描顿于主体的翅mi:执行。
5、 根据前述任一权禾腰求所述的方法，其中机能医学扫描为PET扫描。
6、 根据权利要求1至4中的{顿一个所述的方法，其中机能医学扫描为 SPECT扫描。
7、 根据前述任一权利要求戶脱的方法，其中机能医学扫描織齐诉口 MRI 織剂作为混糊被注入。
全文摘要
本发明描述的是一种对由诸如正电子发射断层扫描术(PET)等的机能医学扫描产生的图像进行分析的方法，其中该方法提供了血液输入函数(BIF)的精确估算。MRI扫描和机能扫描同时执行并且前者的结果用来推导BIF。然后，这样得出的BIF与机能扫描的结果一起被用在药物动力学建模中。
文档编号A61B6/00GK101099678SQ20071012922
公开日2008年1月9日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月2日
发明者D·肖特兰德, J·德克勒克 申请人:美国西门子医疗解决公司