小动物PET/MRI的定量性能探索

小动物PET/MRI是结合了PET高性能分子显像功能与MRI卓越软组织对比功能的一体化显像设备,在药物的开发与评价、药理及疾病的机制研究等方面具有独特的优势和应用价值。为了验证该设备在定量分析中的可行性和准确性,本研究探索了Bruker BioSpec 94/30 USR+PET insert对^(18)F的线性检测范围、稳定性及定量性能,同时利用高分辨率MRI图像,去除胆囊、血管等测量干扰项,评估其在动物体内定量的准确性。结果显示,Bruker BioSpec 94/30 USR+PET insert小动物PET/MRI在1~1500μCi的活度范围内具有极佳的线性关系(R^(2)=0.9992),且重复性良好,同时还具有准确的体内定量性能。本研究为后续利用Bruker BioSpec 94/30 USR+PET insert开展核素示踪剂在活体内的显像、分布、代谢及药效评价等研究提供了可靠的数据支持。

新型^(18)F-RGD二聚体的正常生物分布及U87MG荷瘤裸鼠小动物PET/CT显像研究

背景与目的:整合素αvβ3受体在促进、维持以及调节血管生成的过程中有着至关重要的作用,高表达于多种肿瘤细胞及新生血管内皮细胞。RGD多肽序列可与整合素αvβ3受体特异性结合,有助于评价肿瘤的生长状况和侵袭性。本实验主要研究18F标记的RGD二聚体18F-E[c(RGDfK)2]在正常昆明小鼠体内的生物分布和荷人神经胶质瘤裸鼠模型的小动物PET/CT显像情况。方法:以硝基RGD二聚体4-NO2-3-TFMBz-E[c(RGDfK)2]为前体,使用改进的自动化合成模块Explora GN,一步法直接标记合成18F-E[c(RGDfK)2]。用昆明小鼠分析18F-E[c(RGDfK)2]0.5、1、2、4 h的生物分布,计算每克组织放射性占注入量的百分比(%ID/g)。观察荷人神经胶质瘤裸鼠模型1、2、4 h的小动物PET/CT显像情况。结果:18F-E[c(RGDfK)2]的标记率约为10%,放化纯度>98%,稳定性可达10 h。18F-E[c(RGDfK)2]主要经肾排泄,血液清除迅速,注射后1 h,肾、肝、小肠、肌肉和血的放射性摄取值分别为(1.02±0.16)%ID/g、(0.24±0.06)%ID/g、(0.35±0.03)%ID/g、(0.13±0.03)%ID/g和(0.11±0.03)%ID/g。注射后1 h,肿瘤对18F-E[c(RGDfK)2]的摄取达到高峰(5.2±0.56)%ID/g,T/M为5.36。阻断显像中,可见肿瘤组织放射性摄取明显减低,T/M平均值为1.57。结论:18F-E[c(RGDfK)2]与整合素受体特异性结合,肿瘤摄取较高、显像清晰,可用于整合素表达阳性肿瘤的预后判断、血管靶向治疗适应证的选择及疗效判断。

小动物PET/CT显像考察麻黄碱干预棕色脂肪^(18)F-FDG摄取的研究

目的:采用小动物PET/CT研究不同剂量麻黄碱(Ephedrine,Eph)与温度对棕色脂肪(Brown Adipose Tissue,BAT)摄取18F-氟代脱氧葡萄糖(18F-fluoro-deoxyglucose,18F-FDG)的影响。方法:将昆明小鼠腹腔注射18F-FDG或18F-FDG+Eph(40 mg/kg、80 mg/kg和160 mg/kg),放置于不同实验温度条件下,1 h后采用小动物PET/CT对小鼠进行全身PET/CT扫描,通过Inveon Research Workplace(IRW)软件对小鼠肩胛处BAT摄取18F-FDG的标准化摄取值(Standardised uptake value,SUV)进行分析。结果 :25℃和15℃未使用Eph干预的BAT SUV值分别为1.67±0.49和2.7±0.26;25℃和15℃使用Eph(40 mg/kg)干预BAT SUV值分别为2.20±0.36和5.97±0.21。温度为25℃,Eph分别为40 mg/kg、80 mg/kg和160 mg/kg时BAT SUV值分别为2.20±0.36、3.33±0.31和6.73±0.50。结论 :低温可以刺激BAT的能量代谢增高,同时随着Eph的剂量增高BAT的能量代谢程度也随之增加。小动物PET/CT能有效检测小鼠体内肩胛处BAT对18F-FDG的代谢情况。

PET/CT对小动物前列腺癌骨转移的观察研究

目的探讨小动物PET/CT扫描在小鼠前列腺癌骨转移检测中的可行性。方法裸鼠23只,随机分为对照组2只,前列腺原位注射组、左心室注射组、胫骨腔内注射组每组各7只。分别采用前列腺原位注射、左心室内注射、胫骨腔内注射的方法建立前列腺癌骨转移动物模型。建模成功后饲养40天,原位注射及左心室注射组采用PET/CT扫描检测,胫骨腔注射组采用小动物高分辨率CT检测,对可疑的骨转移灶行解剖学观察及HE染色明确。结果前列腺原位注射组肿瘤细胞聚集腹腔软组织内生长,均未发现明显骨质破坏(0/7);左心室注射组均发生皮下等软组织转移(7/7),PET/CT检测出一例胫骨上端骨质破坏,组织学检测证实为骨转移灶(1/7);胫骨腔注射组所有动物均形成明显骨质破坏(7/7)且高分辨率CT检测见骨破坏分级良好。结论小动物PET/CT扫描能够良好的显示转移灶在小鼠体内的定位,且能良好的显示骨破坏情况,因此该技术在检测小动物骨转移上有着良好的可行性。

小动物PET

小动物PET正成为动物模型研究的强有力工具。本文综述了小动物PET扫描仪的发展及其在脑和心肌葡萄糖代谢、神经受体、肿瘤学、报告基因显像和反义PET显像等方面的应用,同时对小动物PET的发展趋势进行了讨论。

高分辨率小动物Micro Insert PET系统的模拟研究

在西门子Micro PET小动物成像系统中接入高分辨率的Insert探测器环,组成了Micro Insert PET系统,可以进一步提高小动物PET系统的图像分辨率。本文采用蒙特卡罗模拟软件GATE定义Focus-220小动物PET和Micro Insert两种系统,在同步仿真运算中,给出了三种类型的符合数据,即PET Scanner和PET Scanner之间的符合、PET Scanner和Insert之间的符合、Insert和Insert之间的符合。用滤波反投影算法重建了Na-22单点源模型、多点源模型、LZU模型的PET图像。其中,多点源模型的径向图像分辨率的仿真结果与美国华盛顿大学的Micro Insert实验数据,在忽略正电子射程、非线性效应项以及噪声等的贡献下,两者符合得很好。研究表明,使用Micro Insert系统能够将小动物PET系统的图像分辨率提高到亚毫米水平。

小动物PET及其在医药学研究中的应用

小动物PET是一种无创伤性的分子影像学技术 ,是连接实验科学和临床科学的桥梁 ,在医药学研究中具有独特的价值。该文简要介绍小动物PET显像的优点与挑战、基本原理及小动物PET扫描仪的发展 。

小动物PET的现状和研究进展

小动物PET在生物医学研究中正在成为一种不可或缺的显像工具。探测器、电子学以及图像重建是小动物PET研究的重要方向,是决定小动物PET性能的关键技术。本文介绍了近年来小动物PET在这三个方向的研究现状和重要进展。

1-[^(18)F]氟代乙基吲哚丙酸作为PET显像剂可行性的初步研究

目的吲哚丙酸在肿瘤免疫检查点阻断治疗中有关键作用,本研究拟设计合成^(18)F-标记的吲哚丙酸即1-[^(18)F]氟代乙基-吲哚丙酸(1-[^(18)F]-IPA),并对其作为肿瘤PET显像剂进行初步研究。方法前体1-(2-对甲苯磺酸氧乙基)-吲哚丙酸甲酯与^(18)F-发生亲核取代反应,粗产品经高效液相色谱法分离纯化并收集中间体,最后水解得1-[^(18)F]-IPA。目测产品的澄清度,精密试纸测定pH值,高效液相色谱检测放射化学纯度和稳定性。ICR健康小鼠尾静脉注射1-[^(18)F]-IPA(0.2 mL,7 MBq),于5、15、25、45、75、120 min各不同时间点处死并解剖,测定1-[^(18)F]-IPA在正常小鼠体内的生物学分布;荷BxPC-3裸鼠行micro-PET/CT显像并进行图像分析。组织器官不同时间点生物学分布的比较采用Student t检验。结果1-[^(18)F]-IPA总制备时间约35~40 min,放射化学产率(45±5)%,放射化学纯度>95%。产品溶液澄清无颗粒,pH值约6.5,体内外稳定性好。于各时间点处死ICR健康小鼠并解剖后测定1-[^(18)F]-IPA在正常小鼠体内的生物学分布,结果表明除外脑组织,在ICR健康小鼠全身各主要脏器均有1-[^(18)F]-IPA的一定摄取,以肝脏、胆囊以及肾脏摄取最明显,胆囊处随时间推移放射性逐渐增高,在120 min时达到(39.86±6.56)%ID/g,骨摄取随时间无明显变化。Micro-PET/CT表明,荷BxPC-3裸鼠在注射1-[^(18)F]-IPA 30 min后的BxPC-3肿瘤处有一定量放射性摄取,但并不明显,此时最大标准摄取值(SUVmax)约为55.18±14.62。这与生物分布结果一致,脑在各时间点摄取均较低。结论1-[^(18)F]-IPA合成时间短、产率高,有望成为一种探查色氨酸吲哚代谢途径以及进一步揭示肿瘤免疫抵抗的工具。

小动物PET在药物研究中的应用

小动物PET是一种定量显像技术,能够无创伤地、动态地显像正电子核素标记的放射性药物在活体内的分布,为药物研究和评价提供了一个新的研究方法和途径。这篇文章主要介绍了小动物PET的一些基本知识及其在药物开发和研究中的应用。

小动物PET成像用LYSO闪烁晶体阵列研究

小动物正电子发射断层技术(PET)成像较人体PET成像,对空间分辨率和灵敏度提出了更高的要求,进而促进了小动物PET用闪烁阵列制备工艺的发展。硅酸钇镥(LYSO)晶体具有高密度,高有效原子系数,响应时间短等优点,是一种极具发展潜力的新型闪烁晶体材料。该文提出一种以LYSO闪烁晶体阵列的制作方法,采用提拉法实现大尺寸闪烁晶体LYSO的生长;运用化学机械抛光法对切割后晶条进行全局平坦化抛光处理;利用自制高精度夹具组装单根晶条至阵列形式,最终制作成可应用于小动物PET的LYSO闪烁晶体阵列。

前列腺特异性膜抗原显像剂68Ga-PSMA11标记和小动物显像研究

目的:前列腺特异性膜抗原(prostate specific membrane antigen,PSMA)可作为前列腺癌诊断的重要靶点。该研究成功制备了1种新型68Ga标记PSMA小分子抑制剂PSMA11,并根据《中华人民共和国药典》标准进行质量控制,同时探讨该分子影像探针在前列腺癌动物模型中的靶向显像效果。方法:利用68Ge/68Ga发生器淋洗产生68Ga液,标记PSMA11制备正电子分子探针68Ga-PSMA11;建立符合药典标准的质量标准草案,对药品进行质量控制;利用小动物PET/CT,在人前列腺癌细胞LNCaP的SCID小鼠移植瘤模型上研究68Ga-PSMA11在注射后体内动态分布情况。结果:成功制备获得68GaPSMA11,质量控制符合规定,放射化学纯度大于99%,其在体内除肾脏及膀胱放射性生理性高分布外,在肿瘤部位有较明显特异性浓聚,其余器官组织放射性分布均处于较低水平。结论:68Ga-PSMA11标记方法简便,在体内肿瘤中特异性摄取程度高,是一个理想的正电子型PSMA特异性分子探针。

^(18)F-FDG PET/CT显像对大鼠心肌缺血-再灌注损伤能量代谢功能障碍的评价

目的:利用^(18)F-FDG小动物PET/CT活体显像评价SD大鼠心肌缺血-再灌注损伤(MIRI)的能量代谢功能障碍及其动态变化。方法:雄性SD大鼠,体重285±50g,60只大鼠成功建立MIRI模型,根据结扎冠状动脉时间不同分为轻度缺血(结扎10秒)、中度缺血(结扎30秒)、重度缺血(结扎60秒)三组,对三组模型24小时、48小时、72小时进行^(18)F-FDG显像,连续观察心肌代谢变化情况,计算心肌受损区域体积(VOI)及放射性物质标准摄取平均值(SUV_(mean)),显像完成后处死模型鼠取心脏,采用HE染色观察心肌病理学改变情况。结果:(1)心肌轻、中、重度缺血再灌注后24小时、48小时显像均可见不同程度显像摄取稀疏-缺损;72小时显像轻度缺血组受损心肌恢复,中度缺血组基本恢复,而重度缺血组部分恢复;(2)大鼠心肌不同程度缺血再灌注后受损心肌SUV_(mean)随时间延长逐渐增高,代谢逐渐恢复(F=415.39,P<0.05;436.47,P<0.05;361.42,P<0.05)。结论:^(18)F-FDG显像可以在活体水平上无创性评价MIRI能量代谢功能障碍,不同程度MIRI随时间延长心肌受损程度逐渐减轻,轻、中度MIRI能量代谢障碍可持续到48小时,重度可持续到72小时以上。

小动物正电子发射断层成像仪探测器发展

小动物正电子发射断层成像仪(PET)探测器的性能直接决定系统的性能,设计高分辨率、高灵敏度的探测器单元是小动物PET研究的热点。综述几款经典的环形探测器、平板型探测器以及商业化小动物PET的特点和性能,主要从组成探测器单元的晶体、光电倍增管层面分析总结小动物PET探测器技术的发展状况,并且展望小动物PET在新的深度效应(DOI)方法、半导体探测器以及通用电子学设计方面的发展前景。

动物分子影像技术在帕金森病诊断研究中的运用

帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种神经退行性疾病,在中老年群体中较为常见,危害性大,但是早期临床诊断与鉴别帕金森病、帕金森叠加综合征以及其他运动障碍性疾病有一定的困难性,因此临床前的研究显得尤为重要,利用动物分子影像技术对帕金森病模型进行活体脑部显像,能够动态观察帕金森病的形成和脑深部电刺激(DBS)治疗前后多巴胺受体的代谢及动力学变化,对帕金森病早期诊断及发病机制研究有一定的作用,当前帕金森病实验动物的脑部显像可以采用小动物PET/CT、小动物MRI和小动物SPECT进行精确诊断,通过诸多研究结果,可以明显提升诊断效率,与临床诊断结果达到高度一致性,为临床鉴别和诊断帕金森病和帕金森综合征提供数据支持。综述了近年来国内外研究者利用分子影像技术对帕金森病临床前研究的结果,展现了分子影像医学的发展趋势,对未来诊断和治疗帕金森疾病具有一定的参考价值。

利用Micro-PET显像技术分析阿尔茨海默病小鼠模型的脑糖代谢

目的利用小动物PET(Micro-PET)影像技术18氟-脱氧葡萄糖(18 F-FDG)摄取率分析阿尔茨海默病(AD)小鼠模型的脑糖代谢,探索评价治疗AD药物的影像分析技术。方法正常对照组、APPswe/PSΔE9转基因模型组和安理申[2 mg/(kg.d)]治疗组小鼠共9只,自腹腔注射放射性示踪剂18F-FDG,采集脑部Micro-PET图像,通过软件IRW计算并比较各组小鼠大脑与额叶、颞叶感兴趣区(ROI)每克组织18 F-FDG的摄取率。结果利用18F-FDG的Micro-PET影像分析可以检测AD小鼠模型的脑糖代谢,并发现APPswe/PSΔE9转基因小鼠的脑糖摄取明显降低,与人类AD患者表现的脑糖摄取降低一致,安理申治疗可以提升APPswe/PSΔE9转基因小鼠的脑糖摄取。结论 18F-FDG Micro-PET影像分析可以用于小鼠AD模型脑葡萄糖代谢水平的检测,并可以作为阿尔茨海默病治疗药物提升脑糖代谢作用的分析技术。

[18F]AlF-NOTA-P-L-Lys6-GnRH的自动化合成及初步Micro-PET/CT显像

通过固相合成法合成新型促性腺激素释放激素(Gonadotropin Releasing Hormone,GnRH)衍生物,在商业模块上用[18F]AlF标记法自动化标记该衍生物,所标记示踪剂进一步在PC-3前列腺荷瘤模型裸鼠体内进行小动物PET/CT(Positron Emission Tomography/Computed Tomography)显像。L-Lys^6-GnRH的6-赖氨酸末端氮位上用聚乙二醇(Polyethylene Glycol,PEG)链接三-叔-丁基2,2′,2″(- 1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三基)三乙酸(tri-tert-butyl 2,2′,2″(- 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triyl)triacetate,NOTA)官能团合成一种新的GnRH衍生物(NOTA-P-GnRH),在国产模块PET-MF-2V-IT-I中通过一锅一步反应自动化制备[18F]AlF-NOTA-P-L-GnRH,自动化合成时间在 35 min 以内,衰变校正后产率(25±6)%,放射化学纯度>95%,比活度 8~30 GBq·μmol^-1(n=6)。进一步用[^18F]AlF-NOTA-P-L-Lys^6-GnRH在PC-3前列腺荷瘤模型裸鼠体内进行小动物PET/CT动态显像,肿瘤部位清晰可见,具有高的肿瘤与肌肉摄取比值,动态活度与时间曲线显示示踪剂主要通过肾脏排泄。结果表明:[18F]AlF标记法在商业模块中的自动化生产操作简便、高效可靠,[18F]AlF-NOTA-P-L-Lys^6-GnRH是PC-3前列腺肿瘤的潜在显象剂。

乳腺癌BALB/c小鼠生物发光活体成像和小动物^(18)F-FDG PET/CT成像的比较研究

目的比较生物发光和小动物PET/CT成像技术在BALB/c小鼠乳腺癌原位移植模型中的显像效果,寻找适合的评价乳腺癌肿瘤模型的分子影像学方法。方法将表达荧光素酶基因的乳腺癌细胞4T1接种于雌性BALB/c小鼠左侧第二对乳房垫下使其成瘤,活体荧光成像和小动物PET/CT成像观察肿瘤的生长情况。^(18)F-FDG PET/CT显像利用IRW软件对图像进行分析,采用感兴趣区技术(ROI)测量组织^(18)F-FDG摄取值。结果生物发光活体成像操作步骤相对较简单;活体荧光成像系统观察能够特异性地探测到肿瘤组织,小动物PET/CT影像观察发现小鼠体内多数器官组织都有^(18)F-FDG摄取,但肿瘤组织在所有组织、器官中^(18)F-FDG摄取值最高;^(18)F-FDG药物吸收时间30~60 min,有放射性,荧光素钾盐药物吸收时间3~5 min,无放射性;小动物PET/CT成像用时20 min,生物发光活体成像用时3 min;小动物PET/CT分辨率<1 mm,生物发光活体成像分辨率1~10 mm;小动物PET/CT呈三维成像,生物发光活体成像呈二维成像。结论生物发光活体成像比^(18)F-FDG PET/CT特异性好,操作简单,图像采集时间短,价钱便宜,无放射性,可检测细胞存活状态,但小动物PET/CT分辨率较高,可精准定位,图像三维立体,可监测到细胞的代谢能力,为以后实验研究中正确选择活体影像学监测手段提供依据。

吴茱萸碱对小鼠大脑及肩胛间棕色脂肪摄取^(18)F-FDG的影响

目的利用小动物PET/CT观察吴茱萸碱(evodiamine,EVO)对小鼠大脑及肩胛间棕色脂肪(interscapular brown adipose tissue,IBAT)糖代谢的影响。方法采用完全随机分组法将昆明小鼠分为5组,分别腹腔注射剂量为0(空白组)、125、250、375 mg/kg的EVO混悬液,30 min后腹腔注射^(18)F-氟代脱氧葡萄糖(18F-FDG),1 h后采用小动物PET/CT观察各组小鼠大脑及IBAT摄取^(18)F-FDG的情况,并测定其标准化摄取值(SUV)。结果 5组小鼠IBAT的SUV值分别为(0.81±0.08)、(0.53±0.06)、(1.30±0.17)、(1.70±0.10)和(0.74±0.21)。剂量为250 mg/kg和375 mg/kg时,IBAT的SUV值与空白组比较明显升高(P<0.05)。5组小鼠大脑SUV值分别为(1.43±0.15)、(2.20±0.20)、(2.80±0.20)、(3.33±0.15)和(4.00±0.25),随EVO剂量增加而升高,组间比较差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 EVO可以增加小鼠IBAT和大脑的糖代谢。

用于生物医学成像的多通道高精度TDC芯片设计

针对生物医学成像设备的高分辨率、高采样率、低功耗、抗噪声等要求,设计了一种64通道,高精度,具有自校准功能的时间数字转换(TDC)电路.双Gray码计数器实现10bit"粗"计数,基于延迟锁相环(DLL)阵列的多采样技术实现8bit"细"时间的精确测量.64个通道共用一个深度为32字的异步先进先出(FIFO)单元存储时间信息.采用SMIC0.18μm CMOS低压工艺实现电路.时间精度范围是71～143ps,动态范围是10～20μs,微分非线性误差DNL=0.8LSB,积分非线性误差INL=0.3LSB.该电路适用于生物医学成像,尤其是小动物PET成像系统.