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

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 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 通过重复步骤 1.6 和 1.7 将导管放在动脉中。 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。 2. 分流系统的设置 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。请点击此处查看此图的较大版本。 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。 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)。 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)。 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。 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。 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。 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)。 3. 图像采集与重建 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。 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。 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)。 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。 在 PET 成像结束时获取超过 60 分钟的动态 PET 扫描和 CT 扫描。 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。 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。 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。 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。 4. 人工采血程序 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。 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。 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。 5. 在线血液取样程序 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。 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。 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)。 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。 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。 6. 图像派生输入函数 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。 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。 7. 三井系统、PET/CT 和井计数器的交叉校准程序 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。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。 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。 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: 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由给出,应约为200 kBq/mL。 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。 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。 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。 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):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。 PET/CT-well 计数器校准 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。 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。 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+): 为获得平均校准因子的五个校准因子求平均值。