PET-perusteita Tavallisimmat PET-tutkimuksissa käytetyt mallit

Transkriptio

1 Turku PET Cenre / Vesa Oikonen PET-peruseia Tavallisimma PET-ukimuksissa käyey malli Auoradiografia MBF-sovius Palak-analyysi Logan-analyysi ja Referenssikudosmalli

2 Auoradiografia: Perusoleukse Verenviraus auoradiografiameneelmällä PETissä auoradiografiameneelmää on käyey aivojen ja luurankolihaksen perfuusion miaamiseen. Luurankolihaksen osala meneelmä on validoiu Turussa [1, 2]. Oleuksena on, eä kaksilokeromalli riiää kuvaamaan H 2 15 O:n kerymisä ja huuhouumisa; Key- Schmid-kaavan mukaan kudosakiivisuuden (C i ) muuoksen äyyy olla yhä suuri kuin valimo- ja laskimopioisuuksien (C a ja C v ) erous keraa veren virausnopeus (f) : dci ( ) d = f C ( ) f C ( ) a v Oleeaan, eä kudoksen ja veren välillä vallisee asapaino, joka riippuu ainoasaan veren ja kudoksen välisesä erosa vesipioisuudessa; ämä pariiokerroin (p) on noin.99 ml/ml. Oleeaan myös, eä ämä asapaino saavueaan väliömäsi. Kaksilokeromallissa ämä arkoiaa siä, eä radioveden eksrakio on asan yksi, eli K 1 =f*e=f, ja vasaavasi k 2 =f/p. Kun vielä oleeaan, eä kudoksessa ei ole shuneja, niin kudoksesa poisuvan laskimoveren radioakiivisuuspioisuus on sama kuin kudoksessa, korjauna veren ja kudoksen välisellä pariiokeroimella: 1 C p C v ( ) = i ( ) Tämä sijoieuna edelliseen kaavaan uoaa varsinaisen verenvirauksen laskennassa käyeävän kaavan: dci ( ) d f = f Ca ( ) Ci ( ) p Tarviaessa voidaan oaa huomioon kudoksen sisälämissä valimoissa olevan veren radioakiivisuus. Laskimoia ei arvise huomioida, koska niiden akiivisuuspioisuus on siis lähes sama kuin kudoksen. Viiee: 1. Ruosalainen U, Raiakari M, Nuuila P, Oikonen V, Sipilä H, Teräs M, Knuui J, Bloomfield PM, Iida H. Quaniaive blood flow measuremen of skeleal muscle using oxygen-15-waer and PET. J Nucl Med 1997; 38: Ruosalainen U. Quanificaion and daa analysis in posiron emission omography: organ blood flow, graphical analysis and radiaion dosimery. Tampere Universiy of Technology, Tampere, Finland, 1997.

3 Auoradiografia: Laskena Verenvirauksen määriäminen auoradiografiameneelmällä Radiovesibolus injisoidaan koehenkilöön ja samanaikaisesi aleaan kuvaa PET-kameralla kohdekudosa ja kerää valimon radioakiivisuuspioisuuskäyrää. Saau dynaaminen PET-kuva ja verikäyrä korjaaan radioakiivisen hajoamisen suheen ja kalibroidaan yksiköihin kbq/ml. Koska valimoverinäyee on keräy eri paikasa kuin missä kohdekudos on, näiden akiivisuuskäyrien välillä voi olla huomaava aikaero, mikä korjaaan ns. delay-soviuksella. Samalla korjaaan myös verikäyrän dispersio (huipun laisuminen) mialaieen lekuissa; ämä korosaa paisi verikäyrän huipun muooa, myös kaikkia daan virhepiikkejä. Korjausa verikäyräsä ehdään laskennallise kudoskäyrä erilaisilla verenvirausarvoilla. Näiä käyriä ja dynaamisia PET-kuvia inegroidaan sopiva maka, esimerkiksi aivoja 9 s ja luurankolihasa 25 s. Radioaciviy in femoral muscle (kbq/ml) f = 5 ml min -1 dl -1 2 f = 4 ml min -1 dl f = 3 ml min -1 dl -1 1 f = 2 ml min -1 dl -1 5 f = 1 ml min -1 dl -1 f = ml min -1 dl Time from injecion (s) Radioaciviy in brain (kbq/ml) 14 f = 18 ml min -1 dl f = 14 ml min -1 dl f = 1 ml min -1 dl f = 6 ml min -1 dl f = 2 ml min -1 dl f = ml min -1 dl Time from injecion (s) Laskennallisen kudoskäyrien inegraaleisa ehdään ns. look-up -iedoso, jossa ova aulukkomuodossa kudoskäyrän inegraali ja verenvirausarvo, jolla kudoskäyrä on laskeu. Inegroiu PET-kuva käydään läpi kuvapise kerrallaan, ja kunkin piseen inegraaliarvolle haeaan vasaava verenvirausarvo look-up - aulukosa ja kirjoieaan kuvaan. Huomaa, eä lookup -aulu äyyy ehdä jokaiselle ukimukselle erikseen, sillä verikäyrä ova aina erilaisia. Inegral of brain curve (kbq/ml * s) Blood flow (ml min -1 dl -1 ) Dynaamisen PET-ukimusen inegroini voidaan ehdä sinogrammeille, jolloin saadaan inegraalisinogrammi, jossa on enää yksi "freimi". Siiä rekonsruoidusa inegraalikuvasa ehdään look-up -aulun avulla verenvirauskuva.

4 Sydänlihaksen verenviraus: Malli Sydänlihaksen perfuusio Iidan meneelmällä Sydänlihaksen verenvirauksen miaamisessa on monia ongelmia: sydänlihas on PETin resoluuioon nähden ohu ja liikkuu koko ajan, jolloin ROIn kohdalla on vuoroin lihasa, vuoroin kammioa ai keuhkoa (pariaalivolyymiefeki); se voi sisälää vaurioiunua kudosa (heerogeenisuus); ja veri sydämen kammioissa aiheuaa suuren ausan (spill-over). Kun ei oea erillisiä valimoverinäyeiä, vaan verikäyrä yrieään laskea kammioon piirreysä ROIsa, ongelmana on vielä sydänlihaksesa kammioon uleva spill-over; oisaala väleään delay- ja dispersio-ongelma. Iidan mallissa [1, 2, 3] pyriään rakaisemaan nämä kaikki ongelma kerralla, ja saamaan verenvirauksen lisäksi ieoa myös oimivan sydänlihaksen osuudesa. Verenvirauksen (f) miaamiseen käyeyissä kaksilokeromalleissa oleeaan yleensä, eä K 1 =f, ja k 2 =f/p. Se ei oimi sydänlihaksessa suuren pariaalivolyymiefekin vuoksi. Perusajauksena Iidan mallissa on, eä verenviraus rakaisaankin k 2 :n avulla, käyäen sydänlihaksen ja veren vesiilavuuksisa laskeua pariiokerroina p. Tässä on ausalla se, eä heerogeenisuus ja pariaalivolyymiefeki alenava vain K 1 :n arvoa, mua eivä vaikua k 2 :een. Samalla örmäään oiseen ongelmaan: epälineaarisissa soviuksissa on helppoa saada ulokseksi arkka K 1 -arvo, mua k 2 :n varianssi on aina suuri; ämän vuoksi Iidan mallia käyeäessä kudoskäyrien piää olla eriyisen kohinaomia. Sen jälkeen kun f on rakaisu sovieuksesa saadusa k 2 :sa, rakaisaan :n (kudosfrakio) arvo K 1 :sä: K 1 =f. Käyännössä mallia käyeään näin: LV- ja sydänlihas-roiden aika-akiivisuuskäyrille (LV() ja R()) ehdään sovius avalliseen kaksilokeromalliin, mukaan lukien myös "veriausa" (V fi ), jonka avulla korjaaan sekä kammiosa lihakseen (C i ()) uleva spill-over eä sydänlihaksen valimoissa olevan veren aiheuama ausa: C ( ) = K LV ( ) d k C ( ) d i R( ) = C ( ) + V LV ( ) i 1 fi 2 i Veriilavuusukimuksesa (C 15 O-kuvaus) saau LV-ROIn arvo jaeaan verinäyeiden keskiarvolla, jolloin saadaan kammio-roin (recovery coefficien, noin.8 ml/ml). Sen avulla rakaisaan sovieuksesa saadusa V fi -arvosa oikeampi sydänlihaksen verivolyymi V a, joka edelleen sisälää sekä kammiosa ulevan spill-overin eä lihaksessa olevan valimoveren: V = β V a fi Tämän jälkeen voidaan laskea verenviraus sovieusa k 2 -arvosa: 1 1 f = k ( p + β β ) 2 Ja sien vielä kudosfrakio sovieusa K 1 -arvosa: K f ( 1 β ) α = β ( ) β V a Transmissiokuvan avulla kudosfrakiosa voidaan Iidan mukaan elävän sydänlihaksen osuua (PTF = perfusable issue fracion); ämän arvon luoeavuus lienee käyännössä melko kyseenalainen. Kudosfrakion sisällyäminen malliin mahdollisaa suuren sydänlihas-roiden piirämisen. Vaikka ROIn koon suurenaminen lisää pariaalivolyymiefekiä, Iidan mallissa flow-arvo ei kuienkaan pienene, vaan kudosfrakio pienenee ja verivolyymi (V a ) kasvaa samalla kun ROI alkaa sisälää lihaksen lisäksi yhä enemmän keuhkoa ja kammioa [1]. PET-peruseia Sydänlihaksen verenviraus: Malli

5 Viiee: 1. Iida H, Kanno I, Takahashi A, Miura S, Murakami M, Takahashi K, Ono Y, Shishido F, Inugami A, Tomura N, Higano S, Fujia H, Sasaki H, Nakamichi H, Mizusawa S, Kondo Y, Uemura K. Measuremen of absolue myocardial blood flow wih H 2 15 O and dynamic posiron-emission omography. Sraegy for quanificaion in relaion o he parial-volume effec. Circulaion 1988; 78: Iida H, Rhodes CG, de Silva R, Yamamoo Y, Araujo LI, Maseri A, Jones T. Myocardial issue fracion - correcion for parial volume effecs and measure of issue viabiliy. J Nucl Med 1991; 32: Iida H, Rhodes CG, de Silva R, Araujo LI, Bloomfield P, Lammersma AA, Jones T. Use of he lef venricular ime-aciviy curve as a noninvasive inpu funcion in dynamic oxygen-15-waer posiron emission omography. J Nucl Med 1992; 33:

6 Sydänlihaksen verenviraus: Korkea verenviraus Korkea sydänlihaksen perfuusioarvo ova vaikeia miaa ROI radioaciviy (kbq/ml) Myocardium Time from injecion sar (s) 15 LV Myocardium LV Ohessa on kolme kuvaa, joka sisälävä simuloidu aika-akiivisuuskäyrä sydänlihas- ja LV-ROIsa. Verenviraus niissä on 1, 3 ja 8 ml min -1 ml -1. V a =.3, =.6 ja =.8. Radioakiivisuuden hajoaminen on korjau, kuen aina seady-sae -ukimuksia lukuunoamaa. Ensimmäisessä kuvassa nähdään, eä f on vielä sen verran pieni, eä radioveden pioisuus sydänlihaksessa jää selväsi jälkeen areriaveren pioisuudesa. Kun pikä injekio loppuu, radioveden huuhouuminen on hidasa, ja LV-akiivisuus ehii melkein pudoa ROIkäyrän alapuolelle. Vasa noin kuuden minuuin kohdalla verikäyrän lasku hidasuu niin, eä kudoskäyrä ehii asapainoua sen kanssa pariiokeroimen, pariaalivolyymiefekin ja spill-over -virheen määräämälle asolle. ROI radioaciviy (kbq/ml) ROI radioaciviy (kbq/ml) Time from injecion sar (s) 15 Myocardium LV Time from injecion sar (s) Toisessa kuvassa (f=3) asapaino saavueaan jo selväsi nopeammin, mua sydänlihas- ja LV-ROI eroava kuienkin muodolaan vielä selväsi oisisaan, jolloin verenviraus voiaisiin rakaisa helposi. Mua kolmannessa kuvassa verenviraus on jo niin suuri (f=8), eä LV- ja sydänlihas-roi ova lähes saman muooisia. Kun oikeasa PET-ukimuksesa laskeuissa aika-akiivisuuskäyrissä olisi vielä huomaavasi kohinaa, kaikkien kolmen paramerin yhäaikainen rakaiseminen luoeavasi olisi käyännössä mahdoona. Tällaisessa ilaneessa voisi auaa, jos V a :lle anneaisiin häkäukimuksesa saau arvo (lihas-roin arvo jaeuna veriakiivisuudella). Myös injekion nopeuaminen voisi muuaa ilannea; ällöin kuienkin suuri hekellinen radioakiivisuus voi haiaa liikaa PET-kameran oiminaa. Sydänukimuksissa jouduaan ekemisiin eriäin korkeiden flow-arvojen kanssa; kun aivoukimuksissa nähdään noin 1 ml min -1 dl -1 flow-arvoja, niin sydänlihaksessa sellaise ova vielä perusarvoja. Aivoukimuksissa on ongelmana, eä veden eksrakio ei enää olekaan 1. Tämä johaa merkiävään verenvirauksen aliarvioiniin (noin 25% em. flowasolla).

7 Palak-kuvaaja: Perusoleukse Palak-analyysin perusoleukse Merkkiaine voi käyäyyä kudoksessa mien ahansa, mua siellä on olemassa vähinään yksi paikka, josa se ei enää sinne kerran jouduuaan pääse pois. Lisäksi reversiibelien lokeroiden piää olla asapainossa plasman kanssa, eli niiden ja plasman merkkiainepioisuuksien suheen äyyy pysyä vakiona. Tällöin ainoa kudoksen kokonaisakiivisuueen vaikuava seikka on keryminen irreversiibeliin lokeroon. Käyännössä näin käy, kun plasmakäyrän lasku asaanuu niin, eä kudoslokero ehivä seuraamaan perässä. Volume of disribuion Tasapainon saavuaminen näkyy siinä, eä kuvaaja muuuu suoraksi. Suoran osan kulmakerroin vasaa kerymänopeua K i (influx consan). K i suheuaa kudokseen keryneen merkkiaineen määrän siihen, kuinka paljon siä on ollu arjolla plasmassa Normalized Plasma Inegral [min] Palak-kuvaajan y-akselilla on disribuuiovolyymi, eli kudoksen merkkiainepioisuus jaeuna plasman merkkiainepioisuudella kullakin ajan hekellä erikseen. Kuvaajan x-akselilla on ns. normalisoiu plasmainegraali, eli plasman merkkiainepioisuuden inegraali jaeuna plasman merkkiainepioisuudella.

8 Palak-kuvaaja: Alkuperä Palak-kuvaajan alkuperä Yleensä Palak-analyysiä käyeäessä viiaaan Palakin e al. arikkeleihin [1, 2]. Ensimmäisenä mallia on kuienkin käyäny Gjedde [3]. Täsä syysä siä kusuaan joskus nimellä "Gjedde-Palak plo". Usein malliin viiaaan myös nimillä "muliple-ime graphical analysis" ai vain "graphical analysis (mehod)", mua ne ova varsin vähän kuvaavia nimiä: monaa muuakin laskenaapaa voiaisiin kusua noin. Palakin ensimmäinen arikkeli [1], johon useimmien viiaaan, selosaa mallin perusee maemaaisesi äsmällisesi, mua ei kovin käyännöllisesi. Seuraava arikkeli [2] sisälää huomaavasi käyännöllisemmän kuvauksen, ja siinä on kuvau myös mallin laajennukse, joissa plasma-käyrä korvaaan referenssialueella ai korjaaan merkkiaineen hidas poisuma (k 4 >) "irreversiibelisä" lokerosa. Jos mallia käyeään perusmuodossaan ulosen analysoimiseen, eikä malliin isessään puuua lainkaan, riiää viiaus Palakin ensimmäiseen arikkeliin, ja siä voidaan hyvin kusua Palak-ploiksi. Jos samassa yheydessä pohdiaan myös k 4 :sa ai käyeään referenssikudosa, piää viiaa myös arikkeliin vuodela Jos arikkelissa pohdiaan enemmän mallinnusa, siä voi kusua Gjedde-Palak -ploiksi, ai ainakin viiaa myös Gjedden arikkeliin. Viiee: 1. Palak CS, Blasberg RG, Fensermacher JD. Graphical evaluaion of blood-o-brain ransfer consans from muliple-ime upake daa. J Cereb Blood Flow Meab 1983; 3: Palak CS, Blasberg RG. Graphical evaluaion of blood-o-brain ransfer consans from mulipleime upake daa. Generalizaions. J Cereb Blood Flow Meab 1985; 5: Gjedde A. High- and low-affiniy ranspor of D-glucose from blood o brain. J Neurochem 1981; 36:

9 Palak-kuvaaja: Referenssikudos Palak-kuvaaja ilman plasmanäyeiä Aivoukimuksissa voidaan löyää alueia, joissa ei ole kovin merkiävää merkiävää siouumisa ieylle merkkiaineelle (esim. pikkuaivo FDOPA-ukimuksissa). Tällaisa aluea voidaan käyää ns. referenssialueena, koska se sisälää vain reversiibeli lokero, joka saavuava asapainon plasmaakiivisuuden kanssa. Referenssialue voidaan oaa mukaan Palak-malliin ja supisaa plasmakäyrä kokonaan pois. Teoria on seloseu Palakin ja Blasbergin arikkelissa vuodela Käyännössä laskena ehdään aivan samalla avalla kuin avallinenkin Palak-analyysi, paisi eä plasmakäyrän sijasa käyeään referenssialueelle piirreyn ROIn aika-akiivisuuskäyrää. Tissue raio Normalized Reference region Inegral [min] Samalla avalla kuin avallisessa Palakanalyysissä, kuvaajan suorala osala laskeaan kulmakerroin, joka on sama kuin K ref. Kerymänopeuden symboliksi ei ole ässä apauksessa vakiinunua merkinäapaa, vaan jokainen ryhmä käyää omaa apaansa. Jos arikkelissa ei ole ollenkaan käyey plasma-akiivisuuksia, niin oisinaan symbolina käyeään samaa K i :ä kuin avallisessa Palak-analyysissä. Yksikkö on aina min -1. Referenssikudos-inpuia käyeäessä ulos ei ole äysin sama kuin plasma-inpuia käyeäessä. Jos oleeaan, eä 3-lokeromallilla voidaan kuvaa merkkiaineen käyäyymisä kudoksessa, niin K i = K k k + k K ref = k k k + k Käyännössä k 2 on yleensä hieman suurempi kuin K 1, eli K ref on suurempi kuin K i.

10 Palak-kuvaaja: Plasmakäyrä Plasmakäyrän vaikuus Palak-kuvaajaan Miaussa plasmakäyrässä voi olla joain vikaa yksiäisissä piseissä, joka voidaan arviaessa poisaa. Jos plasmakäyrälle on ehy käyränsovius, sen loppuosa voi poikea merkiäväsi miausa daasa. Usein plasmakäyrän huippu on niin korkea loppuosaan verrauna, eä kuvasa on vaikea arvioida soviuksen oikeellisuua lopussa. Eriyisesi jos soviuksen avulla pyriään eksrapoloimaan plasmakäyrää pidemmälle kuin siä on miau, voidaan saada aikaan omiuisia Palak-kuvaajia: Volume of disribuion Plasm a curve sops 4. decreasing Plasm a curve sars 2. o rise Normalized Plasma Inegral [m in] Meaboliiianalyysin virhee voiva olla suuria varsinkin ukimuksen lopussa. Kuienkin loppuosa vaikuaa Palak-analyysiin enien, sillä kuvaajan pisee "harveneva" pidemmälle mennessä ja saava suoran laskennassa suuremman painon kuin alkuosan pisee. Jos ukimuksesa laskeaan ainoasaan Palak-analyysi, plasmakäyrän alkuosan muodolla ei ole kovin suura merkiysä. Jos käyrä sovieaan, ei nousevalla osalla olevia piseiä käyeä lainkaan. Tärkeää on vain, eä alkuosan inegraali (käyrän alle jäävä pina-ala) on suurin piirein oikein.

11 Palak-kuvaaja: Yksikö Palak-kuvaajan yksikö Syksysä 1995 asi PETin verilaboraoriossa miau plasma-akiivisuude on ilmoieu ilavuua, ei painoa, kohi. Vuoden 1997 alusa sekä plasman eä PET-kuvien radioakiivisuude on anneu yksiköissä kbq, aiemmin nci. Nykyisin siis sekä plasma- eä kudosakiivisuuksien yksikkönä on kbq/ml. Näyeenooaja on ilmaisu minuueina merkkiaineen injekiosa, paisi 15 O-ukimuksissa sekuneina. Palak-kuvaajan y-akselin, disribuuiovolyymin, yksikkö on siis kbq ml kudosa kbq ml plasmaa = ml plasmaa ml kudosa eli siis oikeasaan yksikö supisuva pois. Useimmissa PET-keskuksissa plasman radioakiivisuus ilmoieaan edelleen massaa kohi (kbq/g), ällöin disribuuiovolyymin yksikkö on [g ml -1 ]; oisinaan kudospioisuus on iheyden avulla laskeu massaa kohi ja plasmapioisuus vasaavasi ilavuua kohi, jolloin yksiköksi on saau [ml g -1 ]. Kuvaajan x-akselin (normalized plasma inegral, normalized ime inegral of plasma radioaciviy concenraion, virual ime, ) yksikkö on (kbq ml plasmaa) min = kbq ml plasmaa min Näin ollen kulmakeroimen (K i ) yksikkö on (meillä) ml plasmaa ml kudosa min eli siis käyännössä min -1. Usein ulokse haluaan 1 g kudosa kohi; siä varen K i piää jakaa kudoksen iheydellä (g ml -1 ) ja keroa sadalla. Palak-ohjelmamme ekee ise jakolaskun, jos kudosiheys anneaan ohjelmalle, ja silloin ulosen yksikkö on [ml g -1 min -1 ].

12 Palak-kuvaaja: Glukoosinkuluus Glukoosinkuluuksen laskeminen K i :sä FDG-ukimuksesa Palak-analyysillä laskeu K i keroo vain FDG:n kerymänopeuden. Joa äsä voiaisiin laskea kudoksen glukoosinkuluus, piää unea plasman glukoosipioisuus [Glc] p ukimuksen aikana ja FDG:n ja glukoosin kerymänopeuksien ero (lumped consan, LC): rgu [ Glc] p K1 k3 = LC k + k 2 3 Tämä kaava rgu:n (regional glucose upake) laskemiseen perusuu Sokoloffin e al. arikkeliin [1]. K 1 k 3 /(k 2 +k 3 ) voidaan korvaa myöhemmin kehieysä Palak-analyysisä saadulla K i -arvolla. LC LC:ä siis arviaan, koska glukoosi ja FDG eroava kemiallisesi hieman oisisaan. Glukoosiransporeri kuljeaa FDG:ä soluihin (ja niisä pois) selväsi nopeammin kuin glukoosia. Heksokinaasi aas fosforyloi FDG:ä hiaammin kuin glukoosia. Kudoksesa ja fysiologisesa ilaneesa riippuen jompi kumpi näisä rajoiaa enemmän kudoskerymää ja määrää näin ollen enemmän LC:n arvoa [2,3]. Perineisesi LC:lle on kuienkin aseeu vain kudosyypisä riippuva vakioarvo, esimerkiksi.52 aivoissa. Yksikö Kun LC:llä ei ole yksikköä, ja plasman glukoosipioisuuden yksikkö on [mm] eli [mmol/l], niin rgu:n yksikkö on [ rgu] mmol glukoosia = l plasmaa ml plasmaa = ml kudosa min µ mol glukoosia ml kudosa min Jos ulos haluaan kudosmassaa kohi, se piää jakaa kudoksen iheydellä (g ml -1 ), jonka Palak-ohjelma ekee, jos sille anneaan kudosiheyden arvo. Tällöin uloksen yksikkö on [µmol g -1 min -1 ]. Tulos voidaan vielä keroa esimerkiksi uhannella, jos se haluaan kudoskiloa kohi [µmol kg -1 min -1 ]. Viiee: 1. Sokoloff L, Reivich M, Kennedy C, des Rosiers MH, Palak CS, Peigrew KD, Sakurada O, Shinohara M. The [ 14 C]deoxyglucose mehod for he measuremen of local cerebral glucose uilizaion: Theory, procedure, and normal values in he conscious and anesheized albino ra. J Neurochem 1977; 28: Gjedde A. Glucose meabolism. In: Wagner Jr HN, Szabo Z and Buchanan JW, eds. Principles of nuclear medicine. Philadelphia: W.B.Saunders Company; 1995: Boker HE, Böcher M, Schmiz O, Gee A, Hansen SB, Cold GE, Nielsen TT, Gjedde A. Glucose upake and lumped consan variabiliy in normal human hears deermined wih [ 18 F]fluorodeoxyglucose. J Nucl Cardiol 1997; 4:

13 Palak-kuvaaja: Sydän Korjaukse sydänukimuksissa Sydänlihaksen PET-ukimuksissa ongelmana on ise lihaksen liike ukimuksen aikana, seinämän ohuus verrauna kameran resoluuioon (recovery), sekä varsinkin pian injekion jälkeen kammiosa lihasalueelle uleva ausa (spill-over). Koska FDG-ukimusen Palak-analyysi on ehy erikseen miaujen verinäyeiden avulla, ei ole arvinnu käyää kammiosa miaua käyrää; siä piäisi korjaa sydänlihaksesa ulevan ausan suheen. Nykyisin käyössä olevassa korjausmeneelmässä arviaan kammion säde (mm); esimerkiksi 26 mm resoluuio (mm); yleensä 1 mm seinämän paksuus (mm); esimerkiksi 1 mm. Näisä laskeaan kaksi korjauskeroina, joiden avulla kudoskäyrä korjaaan: Korjau kudosarvo = a kudosarvo - b kavieeiarvo Palak-ohjelma ekee haluaessa nämä korjaukse. Jos korjauksen haluaa ehdä ise, niin keroime saa laskeua ohjelmalla chear. Esimerkkiarvoilla ne olisiva a=1.314 ja b=.288.

14 Palak-kuvaaja: Heerogeenisuus Kudoksen heerogeenisuuden ja defosforylaaion vaikuus Volume of disribuion ROI X k 4 > 5% ROI X + 5% ROI REF ROI REF Normalized Plasma Inegral [min] ROI koosuu aina monenlaisesa kudoksesa. Kameran heikko resoluuio, koheen liikkuminen ja pariaalivolyymiefeki ova eknisiä syiä siihen, mua lisäksi kudos on oikeasikin heerogeenisa. Epälineaarisissa soviusmalleissa kudoksen heerogeenisuus voi johaa vakaviin virheisiin. Usein siä ei ole oeu huomioon, ja on päädyy virheelliseen ulkinaan merkiäväsä defosforylaaiosa (k 4 >) [1]. Palak-analyysiin ja muihin lineaarisiin malleihin kudoksen heerogeenisuus vaikuaa vain sien, eä ulokseksi saadaan mukana olevien kudosen K i -arvojen painoeu keskiarvo. Ise kuvaaja pysyy edelleen lineaarisena. Sen sijaan defosforylaaio näkyisi paisi koko ajan pienenyneenä kulmakeroimena, myös loppua kohden yhä selvempänä kaarumisena. Ainakin eoriassa on mahdollisa arvioida k 4 äsä kaarumisesa. Viiee: 1. Schmid K, Mies G, Sokoloff L. Model of kineic behavior of deoxyglucose in heerogeneous issues in brain: a reinerpreaion of he significance of parameers fied o homogeneous issue models. J Cereb Blood Flow Meab 1991; 11:1-24.

15 Palak-kuvaaja: Reenioindeksi Reenioindeksi R Merkkiaineesa ja kohdekudoksesa riippuen Palak-kuvaajan alkupää osoiaa lähemmäs ai kauemmas origosa. Miä lähemmäs se osoiaa, ja miä kauemmas Palak-kuvaajaa pikin mennään, siä lähemmäs oikeaa kulmakerroina (K i ) pääsään pelkäsään veämällä nollasa viiva yheen Palak-kuvaajan piseeseen. Tähän arviaan vain yksi PETillä kuvau freimi, esimerkiksi 15 minuuia unnin kuluua merkkiaineen injekiosa. Plasmanäyeiä piää kuienkin oaa koko ajan, aivan kuen Palak-analyysissäkin. Myös silloin kun laskeaan avallinen Palakanalyysi, PET-daaa ei arvia alusa alkaen. Jos muua pidemmälle menevää analyysiä ei aioa ehdä, ei kannaa kerää PET-daaa alussa ainakaan iheällä freimiyksellä, vaan1-15 min miainen ensimmäinen freimi johaa äsmälleen samaan K i -ulokseen. Kuvan ja sinogrammin koko sekä rekonsrukio- ja siiroaja vähenevä kuienkin helposi puoleen. Volume of disribuion Error (%) Normalized Plasma Inegral [min] 3 Huomaa, eä oheinen kuva reenioindeksin ja K i :n erosa on vain esimerkinomainen. Virhe piää erikseen määriää kullekin merkkiaineelle, kudosyypille ja ilaneelle Time when R is calculaed (%) Sekä Palak-analyysi eä reenioindeksi voidaan laskea paramerisiksi kuviksi. Laskena voidaan ehdä dynaamisille kuville pixel-by-pixel, ai jo sinogrammeille, ja rekonsruoida kuva vasa sien MRP:llä. Laskena on edullisina ehdä sinogrammeille: rekonsrukio vie vähemmän aikaa, ja kuvien laau on parempi, myös FBP:llä. R = Kudosarvo hekellä Plasman inegraali aikavälillä -

16 Reseporiukimukse: Logan-kuvaaja Logan-kuvaaja Loganin e al. kehiämä malli [1, 2] ova uonee Palak-analyysin apaisen yksinkeraisen laskenaavan myös reseporiligandeilla ehäviin ukimuksiin. Logan-kuvaajilla määrieään reversiibelisi siouuvien merkkiaineiden disribuuiovolyymi, ai disribuuiovolyymien suhde reseporeia sisälävän ja sisälämäömän alueen välilä. Reversiibelisi siouvan merkkiaineen disribuuiovolyymi (DV) on DV K k k k K k = ( 1+ ) = ( 1+ ) B max K d Jos kudoksessa ei ole reseporeia, joihin ligandi siouuisi spesifisesi (ns. referenssialue), niin silloin DV=K 1 /k 2. Tällaisen alueiden disribuuiovolyymien suhde DVR on siis B DVR = 1+ max = 1+ BP K d, oleaen eä K 1 /k 2 on sama kaikilla alueilla. DVR:n määriäminen on järkevämpää, koska se korreloi vain vapaiden reseporien pioisuuden kanssa (siouumispoeniaali BP), eikä riipu merkkiaineen siouumisesa plasmaproeiineihin ai epäspesifisesä siouumisesa kudoksessa, kuen DV. Disribuuiovolyymi Logan-kuvaajan x-akselille laskeaan meaboliiikorjaun plasma-akiivisuuden (C p ()) inegraali jaeuna kudosarvolla (C ()), ja y-akselille kudosinegraali jaeuna kudosarvolla [1]. Kuvaaja muuuu lineaariseksi kun vapaan merkkiaineen pioisuus plasmassa ja kudoksessa asapainouu (aivan kuen Palak-analyysissä). Lineaarisen osan kulmakerroin on merkkiaineen DV. Referenssialueella kulmakerroin eli DV on sama kuin K 1 /k 2. Kuvaaja voidaan siis esiää muodossa: T C ( ) d C ( T) Cp( ) d = DV + C C ( T) T Disribuuiovolyymien suhde Jos meaboliiikorjau plasmakäyrä on miau, voidaan disribuuiovolyymi laskea em. avalla sekä varsinaisela mielenkiinoalueela eä referenssialueela, ja sien jakaa keskenään [1]. Jos plasmanäyeiä ei ole, plasmakäyrä voidaan korvaa referenssialueen aika-akiivisuuskäyrällä (C r ()), jolloin lineaarisen osan kulmakerroin on DVR: T C ( ) d C ( T) Cr ( ) d = DVR + C' C ( T) T Tämä kuienkin edellyää, eä ukimuksen loppupuolella suhde C ()/C r () pysyy riiävän vakiona. Miä suurempi on reseporiiheys, siä pidempään suheen asoiuminen kesää. Muuen laskenaan piää oaa mukaan keskimääräinen k 2 -arvo [2]: T C ( ) d C ( T) = DVR T C ( ) d + C ( T) / k r r C ( T) 2 + C''

17 Reseporiukimukse: Logan-kuvaaja Logan-analyysi voidaan ehdä pixel-by-pixel paramerisiksi DV- ai DVR-kuviksi, ja se voidaan ehdä myös sinogrammeille. Viiee: 1. Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wolf AP, Dewey SL, Schlyer DJ, MacGregor RR, Hizemann R, Bendriem B, Galey SJ, Chrisman DR. Graphical analysis of reversible radioligand binding from ime-aciviy measuremens applied o [N- 11 C-mehyl]-(-)-cocaine PET sudies in human subjecs. J Cereb Blood Flow Meab 199; 1: Logan J, Fowler JS, Volkow ND, Wang GJ, Ding YS, Alexoff DL. Disribuion volume raios wihou blood sampling from graphical analysis of PET daa. J Cereb Blood Flow Meab 1996; 16:

18 Reseporiukimukse: Referenssikudosmalli Referenssikudosmalli Cunninghamin, Humen ja Lammersman kehiämä referenssikudosmalli (reference issue model) [1, 2, 3] ja Lammersman ja Humen siiä ekemä vielä yksinkeraisempi malli (simplified reference issue model) [4] mahdollisava reseporiukimusen analysoimisen kokonaan ilman plasmanäyeiä; niiden sijaan arviaan referenssialue, jossa ei ole kovin merkiävää spesifisä siouumisa. Alkuperäisen mallin parameri R 1 (mielenkiinoalueen ja referenssialueen K 1 -arvojen suhde), k 2, k 3 ja BP (siouumispoeniaali, k 3 /k 4 ) saadaan selville epälineaarisen soviuksen avulla. Yksinkeraiseun mallin R 1, k 2 ja BP voidaan rakaisa lineaarisilla meneelmillä, mikä mahdollisaa myös paramerisen kuvien uoamisen [5], ja laskena voidaan ehdä sinogrammeillekin, mikäli referenssialueen aikaakiivisuuskäyrä on ensin laskeu dynaamisesa kuvasa. Verrauna ilman plasmanäyeiä ehävään Logan-analyysiin näiden mallien euna on, eä koko dynaaminen ukimus voidaan käyää hyväksi, eikä lineaarisa aluea (asapainoa ai suheen asaisuua) arvise odoaa. Referenssikudosmalli uoava myös melko luoeavan arvion K 1 :n suheesa referenssialueeseen; R 1 kuvaa eri alueiden välisiä eroja verenvirauksessa ja permeabilieeissa. Yksinkeraiseumpi malli edellyää, eä kaksilokeromalli riiää kuvaamaan merkkiaineen käyäyymisä. Näyää silä, eä se käy raklopridi- ja flumaseniiliukimusen, mua ei FLB-ukimusen analysoiniin. Jos referenssialueella on spesifisä siouumisa, niin BP ulee aliarvioiduksi [6]: BP Apparen = BP BP Tissue Re ference Ensimmäisenä viieenä ähän malliin mainiaan usein Humen arikkeli [2]. Se ei kuienkaan ole aivan ensimmäinen, eikä sen peruseella pysy sovelamaan mallia käyänöön. Vasa arikkeli [3] ja [4] anava näisä malleisa riiävän arkan kuvauksen. Viiee: 1. Cunningham VJ, Hume SP, Price GR, Ahier RG, Cremer JE, Jones AKP. Comparmenal analysis of diprenorphine binding o opiae recepors in he ra in vivo and is comparison wih equilibrium daa in viro. J Cereb Blood Flow Meab 1991; 11: Hume SP, Myers R, Bloomfield PM, Opacka-Juffry J, Cremer JE, Ahier RG, Luhra SK, Brooks DJ, Lammersma AA. Quaniaion of carbon-11-labeled raclopride in ra sriaum using posiron emission omography. Synapse 1992; 12; Lammersma AA, Bench CJ, Hume SP, Osman S, Gunn K, Brooks DJ, Frackowiak RSJ. Comparison of mehods for analysis of clinical [ 11 C]raclopride sudies. J Cereb Blood Flow Meab 1996; 16: Lammersma AA, Hume SP. Simplified reference issue model for PET recepor sudies. Neuroimage 1996; 4: Gunn RN, Lammersma AA, Hume SP, Cunningham VJ. Parameric imaging of ligand-recepor binding in PET using a simplified reference region model. Neuroimage 1997; 6: Gunn RN, Lammersma AA, Cunningham VJ. Parameric imaging of ligand-recepor ineracions using a reference issue model and cluser analysis. In: Carson RE, Daube-Wiherspoon ME, Herscovich P, eds. Quaniaive funcional brain imaging wih posiron emission omography. San Diego London Boson New York Sydney Tokyo Torono: Academic Press; 1998:41-46.