CN105748093A - 大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：对人脑做PET/H₂ ¹⁵O动态扫描；步骤二：将人脑的大脑灰质作为参考区，计算出人脑中每个待求部位的相对水分布容积值P₁；步骤三：求出人脑每个部位的相对水分布容积值P₁后，根据需要作人脑的归一化处理；所得数值与该部位的绝对水分布容积仅相差一比例常数，用该所得数值作为绝对水分布容积的指标。本发明既不需要动态抽取动脉血也不需要可能失真的模版或模型，更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。同时测定的结果与精确局部水分布容积定量测定方法没有偏差，具有很好的应用情景。

Description

大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法

技术领域

本发明涉及一种人脑局部水分布容积测定方法，具体涉及一种大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法。本发明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(PositronEmissionTomography，即PET)方法(简记为PET/H₂ ¹⁵O方法)，是对静脉注射H215O后进行PET动态扫描，而后用Kety-Schmidt单室模型(文献见KetySS.(1951)Thetheoryandapplicationsoftheexchangeofinertgasatthelungsandtissues.PharmacolRev3:1-41.)等方法作局部水分布容积逐像素定量计算，这样可以生成局部水分布容积的图像。

早期的定量计算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，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(包括两份文献，文献1见WeinbergI,HuangSC,HoffmanE,etal.(1988)ValidationofPET-acquiredinputfunctionsforcardiacstudies.JNuclMed29:241-247，文献2见ChenK,BandyD,ReimanE,etal.(1998)NoninvasiveQuantificationoftheCerebralMetabolicRateforGlucoseUsingPositronEmissionTomography,18F-Fluoro-2-Deoxyglucose,thePatlakMethod,andanImage-DerivedInputFunction.JCerebBloodFlowMetab18:716–723)。将PET图像中主要反映血浆特性的动脉血管或左心室的PET数据作为输入函数。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，一种从一群人血样数据中计算出的输入函数模板或对此血样数据进行拟合给出的输入函数解析模型(文献见FengD,HuangSC,WangX(1993)Modelsforcomputersimulationstudiesofinputfunctionsfortracerkineticmodelingwithpositronemissiontomography.IntJBiomedComput32:95-110.)被引进,但这些模版或模型不能很好地符合个别被试的特殊血样数据，这样的输入函数无法简单应用于水分布容积的定量计算。

正如前述，现有技术存在下述问题：

1)通过动态抽取动脉血或者动脉化的静脉血获取输入函数的方法，尽管很准确和有效，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。

2)源自图像的(image-derived)的方法，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。

3)对于输入函数模版或模型方法，由于每个个体的特殊血样数据不一定具有相同的特定值，如果统一选用这样的模版或模型将导致给出的输入函数失真，无法简单应用于水分布容积的定量计算。

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大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，以解决现有技术在测定人脑局部水分布容积时准确性不足的技术问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：对人脑做PET/H₂ ¹⁵O动态扫描；

步骤二：将人脑的大脑灰质作为参考区，计算出人脑中每个待求部位的相对水分布容积值P₁；

步骤三：求出人脑每个部位的相对水分布容积值P₁后，根据需要作人脑的归一化处理；所得数值与该部位的绝对水分布容积仅相差一比例常数，用该所得数值作为绝对水分布容积的指标。

前述的大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，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。

前述的大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，步骤二中，采用公式： ${\∫}_0^t{C}_{to}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}=P_1{\∫}_0^t{C}_{tr}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}+P_2{C}_{tr}\left(t\right)-P_3{C}_{to}\left(t\right),$ 计算人脑中每个待求部位的相对水分布容积值P₁；其中：c_to(t)为t时刻待求部位的单位体积的H₂ ¹⁵O放射性活度，c_tr(t)为t时刻大脑灰质的单位体积的H₂ ¹⁵O放射性活度，P₂、P₃是其它两个拟合参数；通过动态测量采样，拟合得到P₁、P₂、P₃。

前述的大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，步骤三中，在需要测定绝对水分布容积值时，将测定出的相对水分布容积值P₁乘以大脑灰质的绝对水分布容积值即可。

前述的大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，可以基于像素进行定量测定。

前述的大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，归一化后的图像至少能够用于单个人体不同状态或不同人体间的比较研究。

本发明的有益之处在于：本发明可以对所分析的器官逐像素进行局部水分布容积的定量测定，进而生成人脑局部水分布容积的功能图像，无需输入函数，从而既不需要动态抽取动脉血也不需要可能失真的模版或模型，更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。同时测定的结果与精确局部水分布容积定量测定方法没有偏差，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是本发明大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法的流程示意图；

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相对水分布容积的回归比较示意图；

图3是是噪声水平为1的情况下本发明与Kety-Schmidt单室模型方法测定的绝对水分布容积的回归比较示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1所示，本发明大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，为一种人脑局部水分布容积的PET/H₂ ¹⁵O无损伤定量测定方法，该方法可以对人脑逐像素进行定量测定，进而生成人脑局部水分布容积局的功能图像。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：

大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积定量测定方法，其特征在于：

(1)对人脑做PET/H₂ ¹⁵O动态扫描；PET/H₂ ¹⁵O动态扫描为用H₂ ¹⁵O作显像剂的PET动态扫描方法；

(2)将大脑灰质作为参考区(以下简称大脑灰质)，然后直接采用下列公式：

${\∫}_0^t{C}_{to}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}=P_1{\∫}_0^t{C}_{tr}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}+P_2{C}_{tr}\left(t\right)-P_3{C}_{to}\left(t\right)$ 计算出人脑中每个待求部位的相对水分布容积值P₁，式中c_to(t)为t时刻待求部位的单位体积的H₂ ¹⁵O放射性活度，c_tr(t)为t时刻大脑灰质的单位体积的H₂ ¹⁵O放射性活度，P₂、P₃是其它两个拟合参数；通过动态测量采样，拟合得到P₁、P₂、P₃。

(3)当求出人脑每个部位的相对水分布容积值P₁后，根据需要可作人脑的归一化处理。所得数值与该部位的绝对水分布容积仅相差一比例常数，可以用它作绝对水分布容积的指标。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。

当需要测定绝对水分布容积值时，将测定出的相对水分布容积值P₁乘以大脑灰质的绝对水分布容积值即得。本发明方法测定的绝对水分布容积值全域分布的特征与真实情况相比没有偏差。本发明可以基于像素进行定量测定。

下面再结合图2、图3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2、图3分别是选用大脑灰质作参考区(绝对血流值取为0.8毫升/毫升/分钟，绝对水分布容积值取1.02毫升/毫升，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。)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2)和绝对(图3)水分布容积值的回归比较。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，其斜率都为1.02,很接近于1；截距都为0.005,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。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。

由上所述可见，本发明选用大脑灰质作参考区后，直接利用前述的无损伤局部水分布容积定量计算公式，输入函数将消失。当需要测定绝对水分布容积时，将测定出的相对水分布容积值乘以大脑灰质的绝对水分布容积值即可。这样计算出每个像素或区域的绝对水分布容积值与真值相比仅相差一小的比例常数，甚至计算出每个像素或区域的绝对水分布容积值与真值相等。也就是所计算出绝对水分布容积值的全域分布特征与真实情况相比不会出现偏差。

由于本发明方法不像源自图像方法那样需要复杂的修正，且不需要输入函数，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水分布容积定量测定方法没有偏差，本发明有望应用于日常需要。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用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 (6)

1.大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：对人脑做PET/H₂ ¹⁵O动态扫描；

步骤二：将人脑的大脑灰质作为参考区，计算出人脑中每个待求部位的相对水分布容积值P₁；步骤三：求出人脑每个部位的相对水分布容积值P₁后，根据需要作人脑的归一化处理；所得数值与该部位的绝对水分布容积仅相差一比例常数，用该所得数值作为绝对水分布容积的指标。

2.根据权利要求1所述的大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，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。

3.根据权利要求2所述的大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，步骤二中，采用公式：

${\∫}_0^t{C}_{to}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}=P_1{\∫}_0^t{C}_{tr}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}+P_2{C}_{tr}\left(t\right)-P_3{C}_{to}\left(t\right),$ 计算人脑中每个待求部位的相对水分布容积值P₁；其中：c_to(t)为t时刻待求部位的单位体积的H₂ ¹⁵O放射性活度，c_tr(t)为t时刻大脑灰质的单位体积的H₂ ¹⁵O放射性活度，P₂、P₃是其它两个拟合参数；通过动态测量采样，拟合得到P₁、P₂、P₃。

4.根据权利要求3所述的大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，步骤三中，在需要测定绝对水分布容积值时，将测定出的相对水分布容积值P₁乘以大脑灰质的绝对水分布容积值即可。

5.根据权利要求4所述的大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，基于像素进行定量测定。

6.根据权利要求5所述的大脑灰质作参考区的人脑局部水分布容积测定方法，其特征在于，归一化后的图像至少能够用于单个人体不同状态或不同人体间的比较研究。