CN102068269B - 用于人体器官局部血流的无损伤定量测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于人体器官局部血流的无损伤定量测定方法，对人体做PET/H2 15O动态扫描，扫描部位根据情况而定；根据需要选定大脑或其他器官的全部作为参考区，也可以选择他们的任意部分区域作为参考区，然后直接采用公式：
Figure 263819DEST_PATH_IMAGE001
测定出大脑或其他器官中每个部位的相对局部血流P １，测定中只要
Figure 755980DEST_PATH_IMAGE002
与
Figure 997605DEST_PATH_IMAGE003
涵盖的区域不是同一部位就可以，完全重叠时，P １将自动取1；当求出选定大脑或其他器官每个部位的相对局部血流P １值后，可作全脑或全器官的归一化处理；本发明可以对所分析的器官逐像素进行定量测定，进而生成局部血流的功能图像，无需输入函数，因而既不需要抽血，又不需要做复杂的修正，准确性高，便于实际应用。

Description

用于人体器官局部血流的无损伤定量测定方法
技术领域
本发明涉及人脑及其他器官局部血流的PET/ H2 15O定量测定方法，该方法可以对所分析的器官逐像素进行定量测定，进而生成局部血流的功能图像，属于生物及医学成像领域。
背景技术
利用正电子放射性核素15O标记的水（即H2 15O）作显像剂的正电子发射断层显像（Positron Emission Tomography，即PET）方法（简记为PET/ H2 15O方法），是对静脉注射H2 15O后进行PET动态扫描，而后用Kety-Schmidt单室模型等方法作局部血流逐像素定量计算，这样可以生成局部血流的图像。
早期的定量计算研究中输入函数需要通过动态抽取动脉血或者动脉化的静脉血的方法来测得。尽管这种方法很准确和有效，但它是有损伤的，容易带来不舒适，甚至会引起血管方面的其他危险，并有血样放射物处理以及对人的干扰等麻烦，因此这种方法日常很少应用。
为了减少或者消除这种抽血方法的影响，一些研究者发明了一种称为源自图像的（image-derived）的方法，将PET图像中主要反映血浆特性的特定感兴趣区（ROI）的PET数据作为输入函数。这方面的研究有用左心室的血池作为ROI， 但只在心脏的PET研究中适用；在肝、肾的PET研究中也有用腹部大动脉来做的；脑部的PET研究中用颈动脉来做。但这些方法存在这样的问题：a）需要快速的图像采集方案来反映输入函数的时间曲线特征，特别是注射FDG后早期的迅速变化；b）需要有效解决局部体积效应；c）需要修正从围绕所选ROI的脑区到这些ROI的外流效应（spillover）。当示踪剂在围绕所选ROI的脑区中开始积聚时，这种组织到血浆的外流将变得很严重。因而这些方法虽然成功地用来代替动态抽血，但不准确或者需要许多复杂的手工修正。
有鉴于此，研究者又提出利用特定参考区消除输入函数的方法。他们假定不同个体的某个特定区域具有确定的血流值或水分布容积（distribution volume）值，实验时先选取这样的特定参考区，通过拟合此特定参考区的输出函数可以给出输入函数或其函数组合，将这个组合用到其它区域或像素就可以测定出该区域或像素的血流值。但由于不同的个体的这些特定参考区不一定具有相同的特定值，且个体特定参考区的血流等参数依赖于个体的生理或心理状态,如果统一选用这样的参数将导致给出的输入函数或其组合失真，进而造成血流值本身及其分布的偏差，因而难以应用。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有助于提高测定准确性的用于人脑及其他器官局部血流PET/ H2 15O测定方法。
为实现上述发明目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：
一种用于人体器官局部血流PET/ H2 15O无损伤测定方法，其特征在于：
（1）对人体做PET/ H2 15O 动态扫描，扫描的部位根据被检测者需检测部位而定；所述的PET/ H2 15O 动态扫描为用H2 15O作显像剂的PET动态扫描方法；
（2）根据需要选定大脑或者其他器官的全部作为参考区，或者选择它们的任意部分区域作为参考区，然后直接采用下列公式：
Figure 956582DEST_PATH_IMAGE001
测定出大脑或其他器官中每个待测部位的相对血流P １（＝f o/f r，即待求部位的血流与所选参考区血流的比值），式中
Figure 600053DEST_PATH_IMAGE002
为t时刻待求部位的单位体积的H2 15O放射性活度，
Figure 371438DEST_PATH_IMAGE003
为所选定参考区的相应值，P ２、P ３是其它两个拟合参数。通过动态测量采样，拟合得到P １、P ２、P ３，测定中只要与
Figure 116857DEST_PATH_IMAGE003
涵盖的区域不是同一个部位就可以了；所述待测部位可以为像素；
（3）当求出选定大脑或其他器官每个部位的相对血流P １值。得到相对血流P １值后，根据需要可作全脑或其他全器官的归一化处理。所得数值与该部位的绝对血流仅相差一比例常数，可以用它作绝对血流的指标。这个归一化后的图像可以用于单个人体不同状态或不同人体间的比较研究等。
前述的用于人脑等器官局部血流PET/ H2 15O 无损伤定量测定方法，其特征在于所述的参考区域可以任意选择。当需要测定绝对血流时，也可以选取特定参考区，将测定出的相对血流乘以特定参考区的血流绝对值（特定值）即可。当然由于如前所述如果选用的特定参考区的特定值不符合实际情况，这样测定出每个像素或区域的血流绝对值可能与真值有偏差，但与特定参考区方法不同，本发明方法测定的血流绝对值全域分布的特征与真实情况相比不会出现偏差。
前述的用于人脑等器官局部血流定量测定方法，其特征在于测定的区域与所选参考区完全重叠时，P １取为1；
前述的用于人脑等器官局部血流定量测定方法，其特征在于所述的部位可以是像素。
本发明的有益效果是：本发明可以对所分析的器官逐像素（本方法采用线性拟合的方法，这种方法参数拟合的速度快，稳定可靠，受噪声的影响小，适合于逐像素的测定）进行局部血流的定量测定，进而生成人体局部血流的功能图像，无需输入函数，因而既不需要抽血，又不需要做复杂的修正，准确性高，便于实际应用。这种完全无损伤的定量测定方法具有很好的应用情景。
附图说明
图1是噪声水平为１的情况下本发明与Kety-Schmidt单室模型方法测定的相对血流值的回归比较示意图；
图2是噪声水平为１的情况下本发明与Kety-Schmidt单室模型方法测定的绝对血流值的回归比较示意图；
图3是本发明中任选两个不同参考区在噪声水平高达4的情况下所得绝对血流值的回归比较示意图。
具体实施方式
下面结合附图介绍用模拟数据（根据已有文献报道的实验数据参数用计算机随机产生的PET/ H2 15O动态扫描数据）进行的本发明与国际公认的金标准Kety-Schmidt单室模型方法测定结果的比较：
图1、图2分别是选用全脑（血流绝对值取为0.5毫升/毫升/分钟，此值取之于已有文献报道的实验结果，此值为文献中已有实验所有被测者的平均值。）作参考区在噪声水平为１的情况下大脑逐像素本发明与Kety-Schmidt单室模型方法两种测定出的相对（图1）和绝对（图2）血流值的回归比较。图中散点对应每个像素的结果，直线为两种方法的回归直线，其斜率为0.9977，非常接近于１；截距为-0.0002，非常接近于０。这表明本发明的结果与Kety-Schmidt单室模型方法几乎是成正比的，因而二者相等价。同时我们直接比较了本发明与Kety-Schmidt单室模型方法的差异，在噪声水平直至４的情况下，二者相差小于0.1％。这些结果显示本发明和Kety-Schmidt单室模型方法的计算结果近似，但不像传统的方法那样需要输入函数，从而免去了前述背景技术中所描述的那些困惑。
图3是本发明方法在噪声水平高达4的情况下任选两个不同参考区-全脑（参考区1血流绝对值取为0.5毫升/毫升/分钟）和大脑灰质（参考区2血流绝对值取为0.8 毫升/毫升/分钟，此值取之于已有文献报道的实验结果，此值为文献中已有实验所有被测者的平均值。）测定出的大脑逐像素血流绝对值回归比较。图上散点对应每个像素的结果，直线为用两个参考区所得结果的回归直线，其斜率为0.9938，非常接近于１；截距为0.0065，非常接近于０。两个参考区所得结果几乎一致，表明本发明方法的测定结果不依赖于参考区的选取。同时本发明采用线性参数拟合，说明本发明对人体局部器官血流测定相当稳定和快捷，结果很可靠，非常适合实践需要。
由上所述可见，本发明选用非特定参考区后，直接利用前述的无损伤局部血流定量计算公式，输入函数将消失。当需要测定绝对血流时，也可以选取特定参考区（其血流绝对值被假定已知），将测定出的相对血流乘以特定参考区的血流绝对值（特定值）即可。这样计算出每个像素或区域的血流绝对值与真值相比仅相差一比例常数，也就是所计算出血流绝对值的全域分布特征与真实情况相比不会出现偏差。
由于不像前述源自图像的方法那样选特定感兴趣区（比如反映血浆特性的ROI），因而不需对它的特征有所要求，进而不用像源自图像方法那样需要复杂的修正。由于不需要输入函数，从而既不需要动态抽取动脉血也不需要做复杂的修正等人工干预，因而便于实现计算机的自动化处理。同时我们的结果与精确局部血流定量测定方法没有偏差，本发明有望应用于日常需要。
上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.用于人体器官局部血流无损伤定量测定方法，其特征在于：
（1）对人体做PET/ H2 15O 动态扫描，扫描的部位根据检测部位而定；所述的PET/ H2 15O 动态扫描为用H2 15O作显像剂的PET动态扫描方法；
（2）根据需要选定大脑的全部作为参考区，或选择大脑的任意部分区域作为参考区，然后直接采用下列公式：
Figure 2011100241536100001DEST_PATH_IMAGE002
计算出大脑中每个待求部位的相对血流值P １，式中
Figure 2011100241536100001DEST_PATH_IMAGE004
为t时刻待求部位的单位体积的H2 15O放射性活度，
Figure 2011100241536100001DEST_PATH_IMAGE006
为t时刻所选定参考区的单位体积的H2 15O放射性活度，P ２、P ３是其它两个拟合参数；通过动态测量采样，拟合得到P １、P ２、P ３，测定中与
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
涵盖的区域不是同一个部位。
2.根据权利要求1所述的用于人体器官局部血流无损伤定量测定方法，其特征在于：当需要测定绝对血流值时，选取特定参考区，将测定出的相对血流值P １乘以特定参考区的绝对血流值即得；其中特定参考区为大脑中绝对血流值已知的区域。
3.根据权利要求1或2所述的用于人体器官局部血流无损伤定量测定方法，其特征在于：当求出选定大脑每个部位的相对血流值P １后，作全脑的归一化处理。
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