FDG-PET非侵入性定量分析方法的研究

摘要

正电子发射断层成像(Positron Emission Tomography,PET)作为一种先进的核医学成像技术,自20世纪70年代面世以来,已被广泛地应用于各种心脑血管疾病和肿瘤的诊断、疗效评价及基础研究中。利用PET研究葡萄糖的代谢率(Metabolic Rate of Glucose,MRGl)仍是其最重要的应用领域之一。其中FDG([18F]2-fluoro-2-deoxy-D-glucose)作为PET检测葡萄糖代谢率的示踪剂,在FDG-PET的定量分析中具有独特优势。
　　通过定量测量体内组织和血液中示踪剂的放射性活度,能够准确比较各种异常情况下肌体的某些功能指标与正常生理状态下的差异。由于传统PET的定量分析方法在计算过程中都需要完整的输入函数曲线,而为了得到该曲线需要对受试者动脉植入导管进行连续的动脉抽血,这不但让受试者难以接受,也增加了实验的难度和复杂性。传统方法的侵入性很难使定量分析被临床采用。本论文基于FDG-PET对传统的定量分析方法做了以下几个方面的改进以降低抽血次数:采用了一种从图像获取输入函数(image-derived input function,IDIF)的非侵入性技术,此方法能够自动从动态图像提取大脑颈动脉区域来代替动脉抽血,只需要三次静脉血样的校正便能正确拟合输入函数,从而大大降低了频繁动脉抽血的要求。该方法不仅大大降低了采血次数,还降低了采血的难度,还具备客观性强、重复性好的优点。为了进一步达到完全不抽血获得输入函数,对IDIF方法的校正做了系统的研究,包括拟合标准输入函数、平均参数值以及最大像素值法。计算结果显示:拟合标准输入函数、平均参数值的结果误差过大,最大像素值法的结果最理想,有望应用于临床。

目录

摘要

Abstract

第一章 引言

第二章 PET简介

2.1 PET的基本概念

2.2 PET的基本原理

2.2.1 PET的成像过程

2.2.2 PET的放射性药物

2.2.3 β~+探测的物理原理

2.2.4 正电子湮灭的探测

2.2.5 数据采集和图像重建

2.3 PET的历史与国内外现状

2.4 PET的成像特点

2.5 PET的应用及优缺点

2.6 研究定量分析方法的意义

第三章 葡萄糖代谢率定量分析方法的研究进展

3.1 FDG代谢过程的数学模型

3.2 单次扫描方法

3.3 图形法

3.4 动力学方法

3.4.1 非线性最小二乘方法(nonlinear least squares, NLS)

3.4.2 线性最小二乘拟合方法(linear least squares, LLS)

3.4.3 广义线性最小二乘拟合方法(general linear least squares, GLLS)

3.5 对几种参数估计方法的说明

3.5.1 单次扫描方法

3.5.2 Patlak方法

3.5.3 动力学方法

3.6 减少抽血次数的方法

第四章 葡萄糖代谢率定量分析非侵入性新方法的研究

4.1 新方法的检验过程

4.2 材料与方法

4.2.1 实验数据的获取

4.2.2 算法流程

4.3 结果

4.3.1 IDIF方法得到的输入函数与动脉抽血得到的输入函数的比较

4.3.2 Patlak方法计算结果

4.3.3 NLS方法计算结果

4.4 讨论

4.5 结论

第五章 完全不抽血定量分析方法的尝试

5.1 标准输入函数校正法

5.1.1 算法思想

5.1.2 结果

5.1.3 讨论

5.2 最大像素值校正法

5.2.1 算法思想

5.2.2 结果

5.2.3 讨论

5.3 平均参数值校正法

5.3.1 算法思想

5.3.2 结果

5.3.3 讨论

5.4 其它不抽血方法的设想

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 工作总结

6.2 进一步工作展望

参考文献

致谢