Funkce arteriálního vstupu - Arterial input function

Funkce arteriálního vstupu (AIF), také známý jako funkce vstupu plazmy, označuje koncentraci stopovací látky v krevní plazma v tepně měřené v čase. Nejstarší záznam PubMed ukazuje, že AIF použil Harvey et al.[1] v roce 1962 měřit výměnu materiálů mezi červené krvinky a krevní plazma, a dalšími výzkumníky v roce 1983 pro pozitronová emisní tomografie (PET) studie.[2][3] V dnešní době se kinetická analýza provádí různými způsoby lékařské zobrazování techniky, které vyžadují AIF jako jeden ze vstupů do matematického modelu, například při dynamickém zobrazování PET,[4] nebo perfúzní CT,[5] nebo vylepšený dynamický kontrast magnetická rezonance (DCE-MRI).[6][7]

Jak se získává AIF

Příklad funkce arteriálního vstupu ukazující koncentraci indikátoru v krevní plazmě v čase.

AIF lze získat několika různými způsoby, například pomocí invazivní metody kontinuálního odběru arterií pomocí online krevního monitoru,[8] pomocí invazivní metody vzorků arteriální krve získaných v diskrétních časových bodech po injekci,[4] pomocí minimálně invazivní metody využívající populační AIF, kde je vstupní funkce u subjektu odhadována částečně z předchozích informací získaných z předchozí populace a částečně z krevních informací samotného subjektu získaných v době skenování,[9] nebo pomocí arteriální vstupní funkce odvozené od obrazu (IDAIF) získané umístěním oblasti zájmu (ROI) na tepnu a kalibrací výsledných křivek proti vzorkům venózní krve získaným během pozdějších fází (30 až 60 minut) dynamického skenování[10] když se koncentrace venózního a arteriálního stopéru stanou stejnými[4]

Dynamické skenování je skenování, při kterém se znovu a znovu získávají dvourozměrné (2D) nebo trojrozměrné (3D) obrazy v časovém období, které tvoří časovou řadu datových sad 2D / 3D. Například dynamický PET sken získaný po dobu jedné hodiny obsahuje prvních několik krátkých obrazových rámců získaných po dobu 5 sekund, aby se zachytila ​​rychlá dynamika indikátoru bezprostředně po injekci indikátoru a později snímky získané po dobu 30 sekund. Každý datový bod v křivce AIF představuje měření sledovací koncentrace z tepny získané z každého z těchto časových rámců obrazu získaných v průběhu času, na které byly použity vnější korekce.[Citace je zapotřebí ]

Tyto čtyři metody jsou stručně popsány následovně:

Kontinuální odběr arterií

Kontinuální odběr arteriální krve je pro pacienty invazivní, bolestivý a nepohodlný. Kontinuální odběr arterií byl získán u postmenopauzálních žen zobrazených pomocí [18F] NaF pro studie kostí.[11]

Diskrétní arteriální vzorkování

Diskrétní odběr arteriální krve je pro pacienty invazivní, bolestivý a nepohodlný. Cook a kol. změřil jednotlivé vzorky krve a porovnal je s kontinuálním odběrem tepen u postmenopauzálních žen zobrazených pomocí [18F] NaF pro studie kostí.[11] Další studie u pacientů s rakovinou hlavy a krku zobrazených pomocí [18F] FLT PET a řada dalších studií získala diskrétní arteriální vzorky pro odhad funkce arteriálního vstupu.[12]

Přístup k získání diskrétního arteriálního vzorkování byl založen na pozorování, že vrchol bolusu nastává 5 minut po injekci a že druhá část křivky ve většině případů představuje jednoduchou nebo bi-exponenciální křivku. Znamenalo to, že kontinuální odběr arteriálních vzorků není nutný a diskrétní vzorky arteriální krve stačily k získání kontinuálních křivek pomocí exponenciálního přizpůsobení modelu.[Citace je zapotřebí ]

Populační metoda

Populační vstupní funkce se obecně spoléhá na datovou sadu dříve získanou jinými výzkumníky v konkrétní sadě populací a používají se průměrné hodnoty. Metody obecně poskytují lepší výsledky, pokud se použije velký počet datových souborů, a vycházejí z předpokladu, že vstupní funkce u nového pacienta v této podskupině populace se bude nevýznamně lišit od průměrných hodnot populace. Ve studii neuroinflamation autor používající populační vstupní funkci u zdravých dobrovolníků a pacientů po transplantaci jater zobrazených pomocí [18F] GE-180 PET.[13] V jiné studii byly zdravé kontroly a pacienti s Parkinsonovou a Alzheimerovou chorobou zobrazeni pomocí [18F] FEPPA PET.[14] Zanotti-Fregonara a kol.[15] důkladně přezkoumala literaturu o funkci arteriálních vstupů používaných pro zobrazování PET mozku a navrhla možnost populačních funkcí arteriálních vstupů jako potenciální alternativu k invazivnímu odběru arterií.[Citace je zapotřebí ]

Blake a kol.[16] odvozil semi-populační metodu od zdravých postmenopauzálních žen zobrazených pomocí18F] NaF pro studie kostí[16] na základě pozorování, že pozdější část arteriální vstupní funkce lze zkonstruovat ze vzorků venózní krve, protože koncentrace indikátoru ve venózní a arteriální krvi je 30 minut po injekci stejná. Odvodili vrchol křivky z předchozí studie, která získala kontinuální arteriální odběr vzorků, a pozdější část křivky od vzorků venózní krve jednotlivého pacienta, u kterého má být odhadnut AIF. Po zkombinování se jako výsledek získá funkce arteriálního vstupu založená na semi-populaci.[Citace je zapotřebí ]

Metoda odvozená z obrazu

Funkce arteriálního vstupu odvozená z obrazu (IDAIF) získaná měřením počtu sledovacích prvků na aorta,[4] karoditová tepna,[17] nebo radiální tepna[8] nabízí alternativu k invazivnímu odběru arteriální krve. IDAIF na aortě lze určit měřením počtu stopovacích signálů na levé komoře, vzestupné aortě a břišní aortě, což bylo dříve ověřeno různými výzkumníky.[10][4]

Křivka arteriální časové aktivity (TAC) z obrazových dat vyžaduje opravy metabolitů vytvořených v čase, rozdíly mezi aktivitou plné krve a plazmy, které nejsou v čase konstantní, korekce na chyby parciálního objemu (PVE) kvůli malé velikosti ROI, chyby přelévání způsobené aktivitou sousedních tkání mimo ROI,[18] chyba způsobená pohybem pacienta a šum způsobený omezeným počtem počtů získaných v každém časovém rámci obrazu kvůli krátkým časovým rámcům. Tyto chyby jsou opraveny pomocí vzorků pozdní venózní krve,[4][10] a výsledná křivka se nazývá arteriální vstupní funkce (AIF). V průběhu let se výzkumníci pokusili o řadu metod.[19][20][21][22]

Viz také

Reference

  1. ^ HARVEY, RB (1962). „Renální extrakce para-aminohippurátu a kreatininu měřená kontinuálním odběrem vzorků arteriální a renální žíly in vivo.“ Ann N Y Acad Sci. 102 (1): 46–54. Bibcode:1962NYASA.102 ... 46H. doi:10.1111 / j.1749-6632.1962.tb13624.x. PMID  13960801.
  2. ^ Herscovitch, P (1983). „Průtok krve mozkem měřený intravenózně H2 (15) O. I. Teorie a analýza chyb“. J Nucl Med. 24 (9): 782–9. PMID  6604139.
  3. ^ Henze, E .; Huang, S. C .; Ratib, O .; Hoffman, E .; Phelps, M. E.; Schelbert, H. R. (1983). "Měření regionálních koncentrací radioterceru v tkáni a krevním bazénu ze sériových tomografických snímků srdce". J Nucl Med. 24 (11): 987–96. PMID  6605418.
  4. ^ A b C d E F Cook, Gary J. R .; Lodge, Martin A .; Marsden, Paul K .; Dynes, Angela; Fogelman, Ignac (1999). „Neinvazivní hodnocení kinetiky skeletu s použitím pozitronové emisní tomografie fluorinu-18 fluoridů: hodnocení obrazu a arteriálních vstupních funkcí odvozených z populace“. Evropský žurnál nukleární medicíny a molekulárního zobrazování. 26 (11): 1424–1429. doi:10,1007 / s002590050474. ISSN  1619-7070. PMID  10552083. S2CID  22595140.
  5. ^ Lui, Y.W .; Tang, E.R .; Allmendinger, A.M .; Spektor, V. (2010). „Hodnocení perfuze CT v podmínkách cerebrální ischemie: vzorce a úskalí“. American Journal of Neuroradiology. 31 (9): 1552–1563. doi:10.3174 / ajnr.a2026. ISSN  0195-6108. PMID  20190208.
  6. ^ Schabel, Matthias C. (2012-01-31). "Jednotný model impulzní odezvy pro DCE-MRI". Magnetická rezonance v medicíně. 68 (5): 1632–1646. doi:10,1002 / mrm.24162. ISSN  0740-3194. PMID  22294448.
  7. ^ Tanuj Puri, Sarah Wiscombe, Sally Marshall, John Simpson, Josephine Naish, Pete Thelwall. Změny plicních cévních vlastností v lidském modelu akutního poškození plic měřené pomocí DCE-MRI, na 20. výročním vědeckém zasedání britské kapitoly Mezinárodní společnosti pro magnetickou rezonanci v medicíně (ISMRM), Edinburgh, Velká Británie, září 2014
  8. ^ A b Marques, Tiago Reis; Ashok, Abhishekh H .; Angelescu, Ilinca; Borgan, Faith; Myers, Jim; Lingford-Hughes, Anne; Nutt, David J .; Veronese, Mattia; Turkheimer, Federico E .; Howes, Oliver D. (2020-04-15). „Rozdíly receptoru GABA-A ve schizofrenii: studie pozitronové emisní tomografie s použitím [11C] Ro154513“. Molekulární psychiatrie. doi:10.1038 / s41380-020-0711-r. ISSN  1359-4184. PMID  32296127.
  9. ^ Blake, Glen Mervyn; Siddique, Musib; Puri, Tanuj; Frost, Michelle Lorraine; Moore, Amelia Elizabeth; Cook, Gary James R .; Fogelman, Ignac (2012). "Semipopulační vstupní funkce pro kvantifikaci statických a dynamických 18F-fluoridových PET skenů". Komunikace nukleární medicíny. 33 (8): 881–888. doi:10.1097 / MNM.0b013e3283550275. ISSN  0143-3636. PMID  22617486. S2CID  42973690.
  10. ^ A b C Puri, Tanuj; Blake, Glen M .; Siddique, Musib; Frost, Michelle L .; Cook, Gary J.R .; Marsden, Paul K .; Fogelman, Ignac; Curran, Kathleen M. (2011). "Ověření nových arteriálních vstupních funkcí získaných z obrazu na aortě pomocí pozitronové emisní tomografie 18F-fluorid". Komunikace nukleární medicíny. 32 (6): 486–495. doi:10.1097 / MNM.0b013e3283452918. ISSN  0143-3636. PMID  21386733. S2CID  32105830.
  11. ^ A b Cook, Gary J. R .; Lodge, Martin A .; Blake, Glen M .; Marsden, Paul K .; Fogelman, Ignac (2010-02-18). „Rozdíly v kinetice skeletu mezi obratlovými a humerálními kostmi měřené pozitronovou emisní tomografií 18F-fluor u žen po menopauze“. Journal of Bone and Mineral Research. 15 (4): 763–769. doi:10.1359 / jbmr.2000.15.4.763. ISSN  0884-0431. PMID  10780868.
  12. ^ Hackett, Sara L; Liu, Dan; Chalkidou, Anastasia; Marsden, Paul; Landau, David; Fenwick, John D (2013). „Odhad vstupních funkcí z dynamických [18F] FLT PET studií hlavy a krku s korekcí na částečné objemové efekty“. Výzkum EJNMMI. 3 (1): 84. doi:10.1186 / 2191-219X-3-84. ISSN  2191-219X. PMC  4109699. PMID  24369816.
  13. ^ Buchert, Ralph; Dirks, Meike; Schütze, Christian; Wilke, Florian; Mamach, Martin; Wirries, Ann-Katrin; Pflugrad, Henning; Hamann, Linda; Langer, Laura B.N .; Wetzel, Christian; Lukacevic, Mario (2020-04-23). „Spolehlivá kvantifikace neuroinflamačních studií PET 18F-GE-180 s využitím individuálně škálované vstupní funkce založené na populaci nebo poměru pozdní tkáně k krvi“. Evropský žurnál nukleární medicíny a molekulárního zobrazování. doi:10.1007 / s00259-020-04810-1. ISSN  1619-7070. PMID  32322915.
  14. ^ Mabrouk, Rostom; Strafella, Antonio P .; Knezevic, Dunja; Ghadery, Christine; Mizrahi, Romina; Gharehgazlou, Avideh; Koshimori, Yuko; Houle, Sylvain; Rusjan, Pablo (2017-05-17). Garg, Pradeep (ed.). „Studie proveditelnosti kvantifikace TSPO s [18F] FEPPA s využitím populační vstupní funkce“. PLOS ONE. 12 (5): e0177785. Bibcode:2017PLoSO..1277785M. doi:10.1371 / journal.pone.0177785. ISSN  1932-6203. PMID  28545084.
  15. ^ Zanotti-Fregonara, Paolo; Chen, Kewei; Liow, Jeih-San; Fujita, Masahiro; Innis, Robert B (03.08.2011). „Vstupní funkce odvozená od obrazu pro studie PET mozku: mnoho výzev a několik příležitostí“. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 31 (10): 1986–1998. doi:10.1038 / jcbfm.2011.107. ISSN  0271-678X. PMC  3208145. PMID  21811289.
  16. ^ A b Blake, Glen Mervyn; Siddique, Musib; Puri, Tanuj; Frost, Michelle Lorraine; Moore, Amelia Elizabeth; Cook, Gary James R .; Fogelman, Ignac (srpen 2012). "Semipopulační vstupní funkce pro kvantifikaci statických a dynamických 18F-fluoridových PET skenů". Komunikace nukleární medicíny. 33 (8): 881–888. doi:10.1097 / MNM.0b013e3283550275. ISSN  0143-3636. PMID  22617486. S2CID  42973690.
  17. ^ Sari, Hasan; Erlandsson, Kjell; Law, Iane; Larsson, Henrik BW; Ourselin, Sebastien; Arridge, Simon; Atkinson, David; Hutton, Brian F (2017). „Odhad vstupní funkce odvozené od obrazu s karotickými tepnami definovanými MR ve studiích FDG-PET na lidech s použitím nové metody korekce částečného objemu“. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 37 (4): 1398–1409. doi:10.1177 / 0271678X16656197. ISSN  0271-678X. PMC  5453460. PMID  27342321.
  18. ^ Nuyts, J (1996). „Trojrozměrná korekce pro přelévání a obnovu PET snímků myokardu“. Journal of Nuclear Medicine. 37 (5): 767–74. PMID  8965143.
  19. ^ van der Weerdt, Arno P .; Boellaard, Ronald; Visser, Frans C .; Lammertsma, Adriaan A. (2007-02-27). „Přesnost režimu 3D snímání pro PET studie myokardu FDG pomocí skeneru založeného na BGO“. Evropský žurnál nukleární medicíny a molekulárního zobrazování. 34 (9): 1439–1446. doi:10.1007 / s00259-007-0367-8. ISSN  1619-7070. PMID  17333179.
  20. ^ Puri, Tanuj; Blake, Glen M .; Siddique, Musib; Frost, Michelle L .; Cook, Gary J.R .; Marsden, Paul K .; Fogelman, Ignac; Curran, Kathleen M. (červen 2011). "Ověření nových arteriálních vstupních funkcí odvozených ze obrazu v aortě pomocí pozitronové emisní tomografie 18F-fluorid". Komunikace nukleární medicíny. 32 (6): 486–495. doi:10.1097 / mnm.0b013e3283452918. ISSN  0143-3636. PMID  21386733.
  21. ^ Lee, Jae-Hoon; Liow, Jeih-San; Paul, Soumen; Morse, Cheryl L .; Haskali, Mohammad B .; Manly, Lester; Shcherbinin, Sergey; Ruble, J. Craig; Kant, Nancy; Collins, Emily C .; Nuthall, Hugh N. (2020-03-14). „PET kvantifikace mozkové O-GlcNAcase s [18F] LSN3316612 u zdravých lidských dobrovolníků“. Výzkum EJNMMI. 10 (1): 20. doi:10.1186 / s13550-020-0616-4. ISSN  2191-219X. PMC  7072082. PMID  32172476.
  22. ^ Ringheim, Anna; Campos Neto, Guilherme de Carvalho; Anazodo, Udunna; Cui, Lumeng; da Cunha, Marcelo Livorsi; Vitor, Taise; Martins, Karine Minaif; Miranda, Ana Cláudia Camargo; de Barboza, Marycel Figols; Fuscaldi, Leonardo Lima; Lemos, Gustavo Caserta (2020-02-24). „Kinetické modelování 68Ga-PSMA-11 a validace zjednodušených metod kvantifikace u pacientů s primárním karcinomem prostaty“. Výzkum EJNMMI. 10 (1). doi:10.1186 / s13550-020-0594-6. ISSN  2191-219X. PMID  32140850.