 |
1. Картина распределения радиоактивности в Зоне Интереса
|
|
|
|
1. Картина распределения радиоактивности в Зоне Интереса
Активность (скорость счета в мин на пиксел) калибруется как скорость счета/мин на см3 ткани. Скорость счета/время/объем.
2. Среднее значение активности в интересующей области
3. Кривые активность-время (кинетические кривые)
ROI – зона интереса
4. Нормированная кинетическая кривая
striatum / whole-brain ratio - отношение полосатое тело / весь головной мозг
Нормированная кривая – отношение активности в интересующей области к средней активности во всем исследуемом регионе.
5. Подгонка теоретической кинетической кривой к экспериментальной (модельная кривая накопления трассера в зоне интереса).
Подгонка экспериментальной кривой к теоретической (хорошо известной входной функции) Например, артериальной плазме отбираемой в ходе измерения ПЭТ. Подгонка позволяет рассчитать параметры модели (биохимические или физиологические): константы скорости процесса, скорость крови, плотность рецепторов и др.
Количественный анализ может быть охарактеризован четырьмя параметрами.
Сравнение данных ПЭТ с результатами других методов крайне затруднено. Обычно ни картину распределения активности, ни среднее значение активности в Зоне Интереса, ни кривую активность-время в зоне интереса, ни нормированную кривую для Зоны Интереса, полученные в методе ПЭТ, нельзя сравнить с количественными результатами другого вида исследования. Слишком много не известно в ПЭТ исследовании – входная функция плазмы, калибровка томографа, и т. д. Однако подгонка теоретической кинетической кривой к эксперименту (так называемая «модельная кривая кривая трассера в зоне интереса) выдает результат – значения параметров - который легко
|
|
|
сравним с результатами других видов экзаменов, тестов, и исследований. Например, региональную оценку кровотока, полученную ПЭТ, можно сравнить с оценками кровотока от исследования SPECT или экзамена зондирования.
Рис. 24 Блок-схеме перехода от компонентов ПЭТ к биохимическим и физиологическим параметрам ткани в зоне интереса
region across time - регистрация показателей для заданного региона tissue curve - кривая для ткани blood samples - анализ крови plasma curve - кривая для плазмы biochemical knowledge - данные биохимических исследований tracer model - математическая модель estimate of a parameter for the region - оценка параметра для заданной области
Блок-схема показывает, как компоненты ПЭТ изучения приводят к оценке биохимического и физиологического параметра для ткани области интереса. В динамическом кардиологическом исследовании, лево-желудочковая область пула крови может быть проанализирована с помощью последовательности изображений, чтобы генерировать входную функцию входа кривой крови в замене для плазменной кривой, полученной отбором проб крови.
Модели для обработки кинетических кривых
При выборе адекватной модели, к экспериментальной кинетической кривой, зарегистрированной в ходе ПЭТ, последовательно подгоняются теоретические кривые, рассчитанные в рамках различных математических моделей и с помощью статистических критериев выбирается модель, наилучшим образом соответствующая экспериментальным данным. Наиболее распространенные кинетические модели собраны в Банк математических моделей ПЭТ, представляющий собой набор дифференциальных уравнений, описывающих физиологические процессы в организме и в отдельных его органах. Создание эффективного набора моделей, описывающих функционирование биохимических систем представляет собой необычайно сложную и до сих пор до конца не решенную проблему. Решение такой задачи требует обширных физиологических исследований, которые далеки от завершения. Некоторые модели весьма громоздки и требует трудоемких вычислений, с которыми не справляются современные компьютеры. Поэтому широко распространено использование простых моделей, сильно упрощающих реальный процесс, но все же правильно отражающий его основные особенности.
|
|
|
С этой целью организм представляют в виде набора ячеек, образующих последовательные и параллельные цепочки, между которыми осуществляются процессы массообмена. Ячейки связаны транспортными путями в сеть. Математические модели рассматривают ячейки полного перемешивания или полного вытеснения, в которых происходят процессы, формально описываемые кинетикой химической реакцией 1-го или 2-го порядка (обратимой или
необратимой). При адекватной подгонке модели удается определить механизм физиологического процесса, найти вклады различных элементарных стадий в суммарный процесс, рассчитать константы скоростей реакций и их ошибки.
Естественно, математические модели сильно завязаны на тип ПЭТ трассера (зонда), поскольку от химической формы зонда зависит набор физиологических и математических моделей. Модели строятся для меченного ацетата, аммония,
оксида углерода, кислорода, воды, иона фтора, меченой органики (фтордиоксиглюкоза и др. ).
Ниже мы ограничимся несколькими примерами
Рис. 25. Аммониевая модель blood flow (ml/min/g) - кровоток (мл/мин/г) tracer mass in fast pool (counts/g) масса трассера в быстрой ячейки Аммониевая модель (Рис. 25) составлена из двух ячеек: верхней проточной ячейки быстрого перемешивания и нижней тупиковой (непроточной) ячейки, которые вступают в процесс обратимого обмена, с различными величинами констант скоростей для прямой и обратной реакции 1-го 
порядка.
Рис. 26. Модель для диоксида углерода blood flow – кровоток arterial concentration of tracer - концентрация метки в артериальной крови tissue concentration of tracer - концентрация метки в ткани distribution volume of tracer - объем распределения метки amount of tracer / g of tissue - количество метки на грамм ткани amount of tracer / ml of blood - количество метки на мл крови
Трех-ячеечная кинетическая модель для скелетных фтор(18F)-ионов представлена на Рис. 27.
|
|
|
Рис. 27 . Модель для фтор-ионов.
18F ion in arterial plasma - ион 18F в артериальной плазме 18F ion in tissue - ион 18F в ткани 18F ion bound to hydroxyapatite - ион 18F связанный с гидроксиапатитом
Здесь Ср, Ce и Cb – концентрации (активности) зонда в артериальной плазме крови, в ткани и костях (в гидроксиапатите).
Рис. 28. Модели для глюкозы и меченой фтордиоксиглюкозы
glucose – глюкоза glucose-6-phosphate - глюкозо-6-фосфат FDG – ФДГ FDG-6-P - ФДГ-6-Ф
Трехячеечная модель метаболизма глюкозы представлена на Рис. 28. После прохождения ткани, глюкоза - фосфоризуется в глюкозу-6-фосфат (g-6-p). Стрелка от правой третьей ячейки демонстрируетзирует, что, g-6-p далее усвояется по гликолизному пути. (Дифосфолирилованный G-6-P не показан. )
Фтор18F-2-Фтор-2-диокси-глюкоза (ФДГ), аналог 18F-меченой глюкозы, используется в ПЭТ для изучения метаболизма глюкозы. После впрыскивания в кровь, ФДГ входит в ткань и фосфоризуется в ФДГ-6-фосфат (ФДГ-6-P). Из-за недостающего кислорода при втором атоме углерода, ФДГ-6-P не может далее участвовать в метаболизме по глюколизному направлению. В ходе диагностики ПЭТ с ФДГ (обычно натощак) эндогенный уровень глюкозы относительно постоянен (стационарное состояние). Известны трассеры, для которых модели существенно сложнее. Мы на них останавливаться не будем.
Коротко остановимся на типах кинетических кривых, возникающих в одно- и многоячеестых моделях.
|
|
|
