基于核醫(yī)學影像的藥代動力學分析-課件

1、基于核醫(yī)學影像的藥代動力學分析基于核醫(yī)學影像的報告內(nèi)容核醫(yī)學影像藥代動力學簡介房室模型原理介紹其她藥代動力學模型經(jīng)典案例分析報告內(nèi)容核醫(yī)學影像藥代動力學簡介報告內(nèi)容核醫(yī)學影像藥代動力學簡介房室模型原理介紹其她藥代動力學模型經(jīng)典案例分析報告內(nèi)容核醫(yī)學影像藥代動力學簡介1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介醫(yī)學影像模式 (Medical Image Modality)X-RayCTMRB-Mode UltrasoundDoppler UltrasoundPET1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介醫(yī)學影像模式 (Medical1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介藥代動力學(Pharmacokinetics)是研究藥物在

2、動物體內(nèi)的含量隨時間變化規(guī)律的科學,是藥理學的一種。研究藥物在機體內(nèi)的吸收、分布、代謝及排泄的過程。應用在藥物治療、臨床藥理、分子藥理、生物化學、生物藥劑、分析化學、藥劑、藥理及毒理等多種科學領域中。藥物動力學對指導新藥設計,優(yōu)化給藥方案,改進劑型,提供高效、速效(或緩釋)、低毒(或低副作用)的藥物制劑,差不多發(fā)揮了重大作用。1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介藥代動力學(Pharmacok1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介傳統(tǒng)藥代動力學的測量方法血液:能夠反映藥物即刻的變化與藥物的療效、不良反應緊密相關。尿液:反映藥物經(jīng)過腎臟排泄的量糞便:反映藥物經(jīng)過腸道排泄的量其它:組織分布的濃度與量1、 核醫(yī)學影

3、像藥代動力學簡介傳統(tǒng)藥代動力學的測量方法1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介定量化的核醫(yī)學影像為我們提供了研究藥代動力學的無創(chuàng)方法可在圖像中測量每個器官中的藥物濃度隨時間變化曲線(time activity curve, TAC)15 s25 s45 s1.5 min6 min15 min30 min60 min18FFDG在體內(nèi)分布的動態(tài)PET序列影像Yunfeng C. et. al, IJIG, 2011.1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介定量化的核醫(yī)學影像為我們提供了1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介基于核醫(yī)學影像的藥代動力學分析流程注射示蹤藥物動態(tài)PET成像影像數(shù)據(jù)分析感興趣區(qū)域劃分血液時間活動曲

4、線 (BTAC)&組織時間活度曲線(TTAC)房室模型藥代動力學參數(shù)曲線擬合參數(shù)計算1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介基于核醫(yī)學影像的藥代動力學分析1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介核醫(yī)學影像藥代動力學應用神經(jīng)影像分析心臟影像分析新藥試制小動物影像分析腫瘤的評估與治療分子影像、生物信息學1、 核醫(yī)學影像藥代動力學簡介核醫(yī)學影像藥代動力學應用神經(jīng)影報告內(nèi)容核醫(yī)學影像藥代動力學簡介房室模型原理介紹其她藥代動力學模型經(jīng)典案例分析報告內(nèi)容核醫(yī)學影像藥代動力學簡介2、 房室模型原理介紹什么是房室模型注:dC(t)/dt 表示濃度隨時間的變化速度K1:藥物由血漿流入組織的速率系數(shù)k2:藥物由組織流入血漿的速率系數(shù)

5、血漿中藥物濃度組織中藥物濃度這些比率代表了藥物與組織結(jié)合與分離的能力,是我們要求解的動力學參數(shù)。通過測得C0(t)與C1(t)來求解K1與k2,這是典型的求解微分方程組2、 房室模型原理介紹什么是房室模型注:dC(t)/dt 表2、 房室模型原理介紹基礎的四房室模型(1個血漿房室+3個組織房室) 3-tissue partment model (3TCM) Tissue = Free tracer + Specifically bounded tracer + non-specifically bounded tracerFree: 游離在組織中的沒有跟受體結(jié)合的示蹤劑No-specific:

6、 盡管與組織結(jié)合了,然而沒有跟目標受體結(jié)合的示蹤劑Bound: 與目標受體結(jié)合的示蹤劑2、 房室模型原理介紹基礎的四房室模型(1個血漿房室+3個組2、 房室模型原理介紹簡化的三房室模型(1個血漿房室+2個組織房室) 2-tissue partment model (2TCM) Free與non-specific binding被合并成一個房室合并的前提是free與non-specific binding之間的交換速率足夠快,二者如同一體房室C1也被叫做non-displaceable partment (沒有被置換藥物的房室)2、 房室模型原理介紹簡化的三房室模型(1個血漿房室+2個組2、 房

7、室模型原理介紹簡化的二房室模型(1個血漿房室+1個組織房室) 1-tissue partment model (1TCM) Displaceable binding與non-displaceable binding被合并成一個房室合并的前提是二者之間的交換速率足夠快,如同一體2、 房室模型原理介紹簡化的二房室模型(1個血漿房室+1個組2、 房室模型原理介紹房室模型中各參數(shù)的生理含義K1k2k3, k4, k5, k6VT (Distribution volume, DV)VND (Non-Displaceable Uptake Volume)BPND (Binding Potential)藥物

8、從血漿流入組織的能力藥物從組織流回血漿的能力藥物在不同房室之間流入流出的能力藥物流動達到平衡后,組織與血漿中藥物濃度的比值關于1TCM,VT=K1/k2; 關于2TCM, VT=K1/k2(1+k3/k4)。 針對2TCM而言VND=K1/k2,表示藥物達到平衡后組織中未與受體結(jié)合的藥物與血漿中藥物濃度比值 BPND=k3/k4,表示藥物達到平衡后, 組織中 與受體結(jié)合的藥物 與 未與受體結(jié)合的藥物 的濃度比值 2、 房室模型原理介紹房室模型中各參數(shù)的生理含義K1藥物2、 房室模型原理介紹如何利用動態(tài)核醫(yī)學影像來求解房室模型要求解K1, k2, k3, k4, 需要先測得CP(t), C1(t

9、) , C2(t),即每個房室的時間活度曲線CP(t)能夠通過采動脈血的方式(臨床上比較難實現(xiàn),常用于科研)C1(t) , C2(t)咋測？C1(t) , C2(t)用動態(tài)PET影像測。以2TCM為例2、 房室模型原理介紹如何利用動態(tài)核醫(yī)學影像來求解房室模型2、 房室模型原理介紹如何利用動態(tài)核醫(yī)學影像來求解房室模型血液的分離與測量先在分離機中分離出血漿通過過濾或HPLC方法進一步得出血漿中未被代謝的藥物比例從血漿中未被代謝的藥物比例中,進一步測量沒有與血漿蛋白結(jié)合的藥物比例,通常比較難測,默認假設這個比例是1血漿中沒有被代謝掉且沒有與血漿蛋白結(jié)合的藥物濃度才是CP(t)2、 房室模型原理介紹如

10、何利用動態(tài)核醫(yī)學影像來求解房室模型2、 房室模型原理介紹如何利用動態(tài)核醫(yī)學影像來求解房室模型胰腺用戶在動態(tài)PET圖像中勾勒各個器官的感興趣區(qū)域 (ROI,關于三維區(qū)域也叫VOI)軟件會計算每個ROI中像素值隨時間變化的曲線,轉(zhuǎn)化為器官中藥物濃度隨時間變化的曲線CT(t)CT(t)=C1(t)+C2(t) , 因此在圖像中沒法分不測出C1(t)與C2(t),只能測出二者之與有了二者之與,再通過數(shù)學的方法,求解K1, k2, k3, k4基于動態(tài)圖像組織時間活度曲線的提取肝臟脾臟2、 房室模型原理介紹如何利用動態(tài)核醫(yī)學影像來求解房室模型2、 房室模型原理介紹如何利用動態(tài)核醫(yī)學影像來求解房室模型具體

11、計算過程線性時不變系統(tǒng)初始條件: CE(0) = 0,CM(0) = 0拉普拉斯變換法求解方程：卷積運算2、 房室模型原理介紹如何利用動態(tài)核醫(yī)學影像來求解房室模型報告內(nèi)容核醫(yī)學影像藥代動力學簡介房室模型原理介紹其她藥代動力學模型經(jīng)典案例分析報告內(nèi)容核醫(yī)學影像藥代動力學簡介3、 其它藥代動力學模型圖模型(Graphical Model, Graphical Plot)像素級藥代動力學參數(shù)圖 (Pixel-wise kinetic modeling)3、 其它藥代動力學模型圖模型(Graphical Mode3、 其它藥代動力學模型圖模型(Graphical Model, Graphical Pl

12、ot)通過直線擬合的方式來求解動力學參數(shù),計算過程中會畫出一幅直線圖(graph),因此得名Graphical model, 也叫Graphical plot。Graphical plot可分為Logan plot與Patlak plot兩種模型。假如藥物與受體是不可逆的結(jié)合(irreversible binding),則用Patlak plot。假如藥物與受體是可逆的結(jié)合(reversible binding),則用Logan plot。3、 其它藥代動力學模型圖模型(Graphical Mode3、 其它藥代動力學模型圖模型 之 Patlak PlotPatlak plot用于irreve

13、rsible binding因為是不可逆的結(jié)合,因此組織中的藥物濃度與血漿中藥物濃度的累積量(即對時間的積分)成正比測得CP(t)與CT(t)后,K與V可通過直線擬合算法求出K反映藥物被組織代謝的速率(metabolic flux),V反映了分布容積(distribution volume)3、 其它藥代動力學模型圖模型 之 Patlak Plot3、 其它藥代動力學模型圖模型 之 Logan PlotLogan plot用于reversible binding因為是可逆的結(jié)合,因此組織中的藥物濃度的時間積分與血漿中藥物濃度的時間積分成正比測得CP(t)與CT(t)后,K與b可通過直線擬合算法

14、求出K近似等于分布容積VT3、 其它藥代動力學模型圖模型 之 Logan PlotL3、 其它藥代動力學模型像素級藥代動力學模型之前的動力學參數(shù)都是以組織為單位的能否針對每一個像素計算動力學參數(shù),從而形成一幅“參數(shù)圖”？答案yes有助于在更高的空間分辨率上了解動力學參數(shù)分布每個像素就是一個ROI便于與標準參數(shù)模板進行對比PMOD軟件得到的全腦像素級Vt參數(shù)圖3、 其它藥代動力學模型像素級藥代動力學模型之前的動力學參數(shù)4、 PMOD軟件的藥代動力學分析功能與特點像素級藥代動力學模型計算每個像素的多種藥代動力學參數(shù)比較兩幅動力學參數(shù)圖像4、 PMOD軟件的藥代動力學分析功能與特點像素級藥代動力學報

15、告內(nèi)容核醫(yī)學影像藥代動力學簡介房室模型原理介紹其她藥代動力學模型經(jīng)典案例分析報告內(nèi)容核醫(yī)學影像藥代動力學簡介4、 經(jīng)典案例分析腦部影像分析對患有多系統(tǒng)萎縮的老人與健康的老人分不進行123I-SPECT顯像比較仿射幾何法與彈性模型法這兩種方法在核磁共振的腦部配準的應用同時研究了兩種方法對膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)分布定量分析的影響。圖像分析過程中進行了圖像配準、圖譜配準,各腦區(qū)活度曲線的測量,計算Refence Tissue Model, 使用PXMOD模塊,求得每個像素的BPND參數(shù)4、 經(jīng)典案例分析腦部影像分析對患有多系統(tǒng)萎縮的老人與健康的4、經(jīng)典案例分析腦部影像分析腦部MRI圖像的自動三維分割腦部標準

16、圖譜的配準MR中ROI到PET圖像中的映射每個腦區(qū)的活度測量4、經(jīng)典案例分析腦部影像分析腦部MRI圖像的自動三維分割MR4、 經(jīng)典案例分析阿爾茲海默病影像分析比較了三種動態(tài)PET數(shù)據(jù)分析技術,即PMOD的PALZ模塊、AD相關低代謝收斂指數(shù)(HCI)與meta分析感興趣區(qū)平均代謝法(metaROI)在鑒不中度或輕度阿爾茨海默病患者與輕度認知障礙患者應用中的能力。三種分析技術的敏感度與準確性的鑒不能力相當PMOD阿爾茨海默病分析工具沒有附加需求,自動化程度高,支持更多的圖像數(shù)據(jù)格式。PMOD不僅能夠?qū)崿F(xiàn)全自動的PALZ指數(shù)計算,而且還有批處理模式,一次性自動處理大量的數(shù)據(jù)。4、 經(jīng)典案例分析阿爾

17、茲海默病影像分析比較了三種動態(tài)PET數(shù)4、經(jīng)典案例分析阿爾茲海默病影像分析病人圖像與正常人的自動配準與對比給出每個腦區(qū)的異常分數(shù)4、經(jīng)典案例分析阿爾茲海默病影像分析病人圖像與正常人的自動配4、 經(jīng)典案例分析藥物機理研究Nature子刊文章關于氯胺酮的抗抑郁癥作用機制研究計罷了的多種藥代動力學參數(shù),包括Binding Potential, Logan Plot, k2等生成了像素級的Binding potential參數(shù)圖4、 經(jīng)典案例分析藥物機理研究Nature子刊文章4、 經(jīng)典案例分析生物分布與放射劑量研究關于新型轉(zhuǎn)位蛋白顯像劑F18-PBR06輻射劑量吸收的研究,以及評估F18-PBR06

18、在體內(nèi)是否脫氟。骨骼內(nèi)放射劑量忽略不計,膽囊壁輻射劑量最高,成為注射劑量的限制器官,一年內(nèi)多次注射掃描仍可接受進行了器官區(qū)域劃分與Residence Time的計算4、 經(jīng)典案例分析生物分布與放射劑量研究關于新型轉(zhuǎn)位蛋白顯像4、 經(jīng)典案例分析心臟影像分析通過SPECT對111InDTPA-cNGR與99mTc-sestamibi進行雙示蹤劑顯像,觀察血管再生區(qū)域的CD13顯像,用以評估治療缺血性心臟病的藥物療效。受試為小鼠。111InDTPA-cNGR是作者開發(fā)的與CD13結(jié)合的藥物; CD13在再生血管組織處有較強的表達。傳統(tǒng)示蹤劑99mTc-sestamibi被用來確定灌注缺損的區(qū)域,與111InD