基于核医学影像的药代动力学分析.ppt

2. 房室模型原理介绍
• 基础的四房室模型（1个血浆房室+3个组织房室）
3-tissue compartment model (3TCM)
• Tissue = Free tracer + Specifically bounded tracer + non-specifically bounded tracer
• 什么是房室模型
血浆中药 物浓度
组织中药 物浓度
注：dC(t)/dt 表示浓度 随时间的变化速度
K1：药物由血浆流入组织的速率系数 k2：药物由组织流入血浆的速率系数
这些比率代表了药物与组织结合和分离的能力，是我们要求解的动力学参数。 通过测得C0(t)和C1(t)来求解K1和k2，这是典型的求解微分方程组
医学影像分析，核医学影像
报告内容
1. 核医学影像药代动力学简介 2. 房室模型原理介绍 3. 其他药代动力学模型 4. 经典案例分析
报告内容
1. 核医学影像药代动力学简介 2. 房室模型原理介绍 3. 其他药代动力学模型 4. 经典案例分析
1. 核医学影像药代动力学简介
• 医学影像模式 (Medical Image Modality)
X-Ray
CT
B-Mode Ultrasound
PET
MR
Doppler Ultrasound
1. 核医学影像药代动力学简介
• 药代动力学（Pharmacokinetics）
• 是研究药物在动物体内的含量随时间变化规律的科学， 是药理学的一种。
• 研究药物在机体内的吸收、分布、代谢及排泄的过程。 • 应用在药物治疗、临床药理、分子药理、生物化学、
2. 房室模型原理介绍
• 如何利用动态核医学影像来求解房室模型
• Free与non-specific binding被合并成一个房室 • 合并的前提是free与non-specific binding之间的交换速率足够快，二者如同一体 • 房室C1也被叫做non-displaceable compartment （没有被置换药物的房室）
2. 房室模型原理介绍
基于核医学影像的药代动力学分析
生物医学工程原理 I
王洪凯 wang.hongkai@dlut.edu.cn
自我介绍
99-03 本科, 北京航空航天大学
电子工程与信息技术
03-09 博士, 清华大学
生物医学工程，医学影像处理
09-14 研究员, 美国加州大学洛杉矶分校
分子影像，医学成像系统研究
14-今 副教授，大连理工大学
1. 核医学影像药代动力学简介
• 定量化的核医学影像为我们提供 了研究药代动力学的无创方法
• 可在图像中测量每个器官中的药
15 s
25 s
45 s
1.5
物浓度随时间变化曲线（time
min
activity curve, TAC）
6 min
15 min
30 min
[18F]FDG在体内分布的动态PET序列影像
Yunfeng C. et. al, IJIG, 2011.
60 min
1. 核医学影像药代动力学简介
• 基于核医学 影像的药代 动力学分析 流程
注射示踪药物
动态PET成像 房室模型
血液时间活动曲线 (BTAC) &
组织时间活度曲线(TTAC)
曲线 拟合
参数 计算
药代动力学参数
影像数据 分析
感兴趣区 域划分
• 简化的二房室模型（1个血浆来自百度文库室+1个组织房室）
1-tissue compartment model (1TCM)
• Displaceable binding与non-displaceable binding被合并成一个房室 • 合并的前提是二者之间的交换速率足够快，如同一体
2. 房室模型原理介绍
组织中未与受体结合的药物与血浆中药物浓度比值 • BPND (Binding Potential) BPND=k3/k4，表示药物达到平衡后, 组织中 与受体结合的药物 与
未与受体结合的药物 的浓度比值
2. 房室模型原理介绍
• 如何利用动态核医学影像来求解房室模型
以2TCM为例
• 要求解K1, k2, k3, k4, 需要先测得CP(t), C1(t) , C2(t)，即每个房室的时间活度曲线 • CP(t)可以通过采动脉血的方式（临床上比较难实现，常用于科研） • C1(t) , C2(t)咋测？ • C1(t) , C2(t)用动态PET影像测。
1. 核医学影像药代动力学简介
• 核医学影像药代动力学应用 • 神经影像分析 • 心脏影像分析 • 新药试制 • 小动物影像分析 • 肿瘤的评估与治疗 • 分子影像、生物信息学
报告内容
1. 核医学影像药代动力学简介 2. 房室模型原理介绍 3. 其他药代动力学模型 4. 经典案例分析
2. 房室模型原理介绍
生物药剂、分析化学、药剂、药理及毒理等多种科学 领域中。 • 药物动力学对指导新药设计，优化给药方案，改进剂 型，提供高效、速效（或缓释）、低毒（或低副作用） 的药物制剂，已经发挥了重大作用。
1. 核医学影像药代动力学简介
• 传统药代动力学的测量方法
• 血液：可以反映药物即刻的变化与药物的疗效、不良反应紧密相关。 • 尿液：反映药物经过肾脏排泄的量 • 粪便：反映药物经过肠道排泄的量 • 其它：组织分布的浓度和量
• Free: 游离在组织中的没有跟受体结合的 示踪剂
• No-specific: 虽然与组织结合了，但是 没有跟目标受体结合的示踪剂
• Bound: 与目标受体结合的示踪剂
2. 房室模型原理介绍
• 简化的三房室模型（1个血浆房室+2个组织房室）
2-tissue compartment model (2TCM)
• 房室模型中各参数的生理含义
• K1 药物从血浆流入组织的能力 • k2 药物从组织流回血浆的能力 • k3, k4, k5, k6 药物在不同房室之间流入流出的能力 • VT (Distribution volume, DV) 药物流动达到平衡后，组织与血浆中药物浓度的比值
对于1TCM，VT=K1/k2； 对于2TCM， VT=K1/k2(1+k3/k4)。 • VND (Non-Displaceable Uptake Volume) 针对2TCM而言VND=K1/k2，表示药物达到平衡后