基于核医学影像的药代动力学分析.ppt
合集下载
核医学放射性药物ppt课件
是一种较温和的氧化剂，在水溶液中水解产生次氯酸，次氯酸可 使碘的阴离子氧化成碘分子（单质碘），后者可与蛋白质或多肽 分子上的酪氨酸等残基反应得以进行碘标记。
Na*I 氧化 * I+ + *I2 NH CH 2 OH + *I + (*I2) NH CH 2
*I OH
50
标记实例：放射性碘标记VIP蛋白质
14N(n,p)14C等反应中生成的放射性核
素取代有机化合物分子中相应的稳定性原子。
43
（二）几个常用的概念
1. 放射化学纯度(radiochemical purity)
是指以一定化学形式存在的放射性核素标记化合物的放
射性活度占样品的总放射性活度的百分比。
44
2. 放射核素纯度(radionuclide purity)
60Co针：治疗食道癌
Na131I, ，治疗甲状腺癌
32P-Na 3PO4,
, 白血病、淋巴瘤
BNCT, 10B(n,)7Li, 脑神经胶质瘤
13
显像药物：
201TlCl 18F-FDG
异氰类：MIBI, TBI-99mTc 心肌显像剂 TcN类， NOET 焦磷酸类：Tc-P53 硝基咪唑类
方法：20℃条件下，在1.5ml锥形离心管内依次加入以下试剂： （1）50mmol/L 蛋白质5μl (pH 7.5) (含蛋白质5μg） （2）0.3mol/L磷酸缓冲液(pH 7.5)25μl， （3）Na125I溶液37MBq，
（4）新鲜配制的氯胺T水溶液4μl(4μg)，
充分混匀反应40-50秒， 终止反应：加新鲜配制的偏重亚硫酸钠水溶液4μl(8μg) ，
30
99mTc核性能优良，为纯γ光子发射体，能量140keV，T1/2
Na*I 氧化 * I+ + *I2 NH CH 2 OH + *I + (*I2) NH CH 2
*I OH
50
标记实例：放射性碘标记VIP蛋白质
14N(n,p)14C等反应中生成的放射性核
素取代有机化合物分子中相应的稳定性原子。
43
（二）几个常用的概念
1. 放射化学纯度(radiochemical purity)
是指以一定化学形式存在的放射性核素标记化合物的放
射性活度占样品的总放射性活度的百分比。
44
2. 放射核素纯度(radionuclide purity)
60Co针：治疗食道癌
Na131I, ，治疗甲状腺癌
32P-Na 3PO4,
, 白血病、淋巴瘤
BNCT, 10B(n,)7Li, 脑神经胶质瘤
13
显像药物：
201TlCl 18F-FDG
异氰类：MIBI, TBI-99mTc 心肌显像剂 TcN类， NOET 焦磷酸类：Tc-P53 硝基咪唑类
方法：20℃条件下，在1.5ml锥形离心管内依次加入以下试剂： （1）50mmol/L 蛋白质5μl (pH 7.5) (含蛋白质5μg） （2）0.3mol/L磷酸缓冲液(pH 7.5)25μl， （3）Na125I溶液37MBq，
（4）新鲜配制的氯胺T水溶液4μl(4μg)，
充分混匀反应40-50秒， 终止反应：加新鲜配制的偏重亚硫酸钠水溶液4μl(8μg) ，
30
99mTc核性能优良，为纯γ光子发射体，能量140keV，T1/2
核医学方法及其在中医研究中的应用PPT
2
应用范围 ⚕️
核医学广泛应用于癌症诊断、心血管疾病管理、神经科学研究等领域。
3
技术发展
随着技术的进步，核医学方法的精度和应用范围正在不断扩大。
中医研究中的核医学应用案例
针刺治疗的生物学基础
中药成分的吸收与分布
核医学技术被用于研究针刺治疗的神经生物学机制。
通过核医学技术，可以观察中药成分在人体内的吸
结论和未来展望
结论
未来展望
核医学方法为中医研究提供了重要的技术支持和应
进一步深化核医学与中医学的结合，将为中医药发
用工具。
展开辟新的研究和应用领域。
核医学在中医药开发中的应用
1
药物研发的药代动力学
核医学技术可以帮助研究者了解中药在体内的分布和代谢情况，加速药物研发。
2
中药处方的优化
核医学方法可用于评估中药处方的治疗效果和药效成分的吸收情况。
3
药物增效பைடு நூலகம்制的研究
核医学技术可用于研究中药与西药联合应用时的相互作用机制。
核医学技术与中医学的结合
整体观念融合
辅助针灸治疗
核医学技术的发展促进了中医学与现代医学的整合
核医学方法可用于针灸治疗的辅助定位和效果评估。
与融合。
核医学在中医临床实践中的优势
1
个体化治疗
核医学可以提供针对患者个体情况的精确诊断和个性化治疗。
2
病程监测
核医学技术可以实时观察病变发展过程，监测治疗的效果。
3
安全可靠
核医学方法无创伤，对患者无辐射危害，安全性高。
收和分布。
中药煎煮中化学反应的变化
核医学方法帮助中医学研究者理解中药煎煮过程中
化学成分的变化。
基于核医学影像药代动力学分析
基于核医学影像药代动力学分析核医学影像药代动力学分析是一种非侵入性的影像学技术，可用于评估脏器、组织和细胞的代谢、分布和排泄。
这种技术利用放射性示踪剂来观察内部器官的生理状况，例如血流、血液瘤的增值速率、骨骼肌糖代谢和肿瘤治疗的反应。
治疗性核医学用于谷氨酰胺代谢情况的分析和癌症预后的预测。
在本文中，将探讨基于核医学影像药代动力学分析。
核医学影像药代动力学分析采用放射性示踪剂来研究药物在人体内的发挥情况。
示踪剂被注射入体内，然后监测其在人体中的分布和代谢情况。
这种技术可以评估药物对组织和细胞的影响，并提供对治疗措施的指导。
放射性示踪剂包括单光子发射计算机体层摄影（SPECT）和正电子发射计算机体层摄影（PET）。
SPECT和PET技术在体内注射示踪剂后，通过扫描身体以获取各个组织和器官的图像。
可以根据药物在体内的代谢和分布过程制定图像和动力学模型。
这种方法还可用于评估药物在不同肿瘤类型中的药代动力学特征，并确定哪种药物对某种肿瘤更为有效。
在核医学影像药代动力学分析中，放射性示踪剂的代谢和分布过程有利于直接监测药物对组织和细胞的影响。
这种分析方法能够提供有关血流量、血脑屏障通透性和神经元受体密度等方面的信息。
此外，这种技术也可以用于评估机体的药物代谢速率，从而更好地了解药物治疗效果。
最后，核医学影像药代动力学分析也可以用于提高药物治疗的个性化程度。
该技术可以根据受体密度、代谢率和药物和代谢产物的浓度，制定适合于每个患者的个性化治疗方案。
这种方法非常重要，因为不同的患者对相同的药物可能会有不同的反应。
个性化治疗可以更好地满足患者的需求，提高治疗效果。
总之，核医学影像药代动力学分析是一种非侵入性的影像学技术，可用于评估脏器、组织和细胞的代谢、分布和排泄，评估药物对组织和细胞的影响，并提供对治疗措施的指导。
在未来，这种技术非常有望被广泛应用，以提高药物治疗的效果和个性化程度。
核医学PPT课件 核医学仪器和药物
可测性
– 放射性核素在体内发出射线
示踪原理基于示踪剂以上两个性质
用量足够小：注入的量要足够小，体内不会因 “示踪剂+被示踪物质”
过量而 干扰生物系统的正常状态
三、放射性核素显像
定义 将放射核素及其标记性化合物引入体内，实现脏器、组织、病变的
显像检查的方法。
– 放射性药物参与机体的代谢过程、核素发出合适的射线，显像仪器 探测并定位定量，了解核素标记物在体内的分布量变规律--诊断疾 病。
4、准直器 （1）、准直器的作用 （2）、准直器的技术参数
（1）、准直器的作用
准直器(collimator) 仅局限于某一空间单元的射线能进入闪烁计数器，
其他区域射线不得进入，排除干扰成像的射线,建立放射 性核素与图像的空间对应关系。
（2）、准直器的技术参数（了解）
1.灵敏度(sensitivity)
第二节 放射性核素显像
66
一、放射性核素示踪技术
• 放射性核素示踪技术
–利用放射性核素及其标记化合物作为示踪剂（tracer）来研究生物 体内各种物质的代谢规律及研究诊断疾病的一门技术。
–临床上脏器显像及脏器功能测定基本原理——放射性核素示踪技术
• PET、SPECT、γ相机、肾图仪等都是基于放射性核素示踪技术
32
单光子发射型计算机断层的技术优势
1.SPECT在空间分辨力、定位的精确度 计算病变部位的大小和体积等远优于照相机
2.图像受脏器大小、厚度影响大大低于照相机 3.对一些深度组织的探测能力显著提高 4.发现早期病变优于X-CT 和B超甚至MR
单光子发射型计算机断层的技术优势
99mTc-MIBI心肌血流灌注SPECT
二、正电子发射型计算机断层的技术优势
– 放射性核素在体内发出射线
示踪原理基于示踪剂以上两个性质
用量足够小：注入的量要足够小，体内不会因 “示踪剂+被示踪物质”
过量而 干扰生物系统的正常状态
三、放射性核素显像
定义 将放射核素及其标记性化合物引入体内，实现脏器、组织、病变的
显像检查的方法。
– 放射性药物参与机体的代谢过程、核素发出合适的射线，显像仪器 探测并定位定量，了解核素标记物在体内的分布量变规律--诊断疾 病。
4、准直器 （1）、准直器的作用 （2）、准直器的技术参数
（1）、准直器的作用
准直器(collimator) 仅局限于某一空间单元的射线能进入闪烁计数器，
其他区域射线不得进入，排除干扰成像的射线,建立放射 性核素与图像的空间对应关系。
（2）、准直器的技术参数（了解）
1.灵敏度(sensitivity)
第二节 放射性核素显像
66
一、放射性核素示踪技术
• 放射性核素示踪技术
–利用放射性核素及其标记化合物作为示踪剂（tracer）来研究生物 体内各种物质的代谢规律及研究诊断疾病的一门技术。
–临床上脏器显像及脏器功能测定基本原理——放射性核素示踪技术
• PET、SPECT、γ相机、肾图仪等都是基于放射性核素示踪技术
32
单光子发射型计算机断层的技术优势
1.SPECT在空间分辨力、定位的精确度 计算病变部位的大小和体积等远优于照相机
2.图像受脏器大小、厚度影响大大低于照相机 3.对一些深度组织的探测能力显著提高 4.发现早期病变优于X-CT 和B超甚至MR
单光子发射型计算机断层的技术优势
99mTc-MIBI心肌血流灌注SPECT
二、正电子发射型计算机断层的技术优势
最新核医学-1-放射性药物讲稿教学讲义ppt课件
现在国内大城市有专业公司奶站配送探针是分子影像的灵魂1164cu特异性标志物探针的化学合成系统回旋加速器二正电子标记放射性药物的制备正当性判断正当性判断放射性药物的选择放射性药物的选择应选择所致辐射剂量最小者内照射剂量和用药剂量的确定内照射剂量和用药剂量的确定必须低于国家有关法规的规定保护性措施保护性措施采取必要的保护性措施特殊人群的处理特殊人群的处理对孕妇哺乳期妇女近期准备生育的妇女婴幼儿应用放射性药品要慎重考虑
3. 标记方法
临床上使用的99mTc标记放射性药物是将从发生器新鲜淋洗 得到的99mTc加到商品试剂盒中，经摇动或加热等简单的操 作而制备的。
（四）双功能螯合剂法
是一种间接标记法，先把某种双功能螯合剂联接在被标记物的分子 上，再将放射性核素标记到螯合剂上,形成“放射性核素-螯合剂-被 标记物”的复合物，多用来标记多肽、单抗等。 螯合剂的存在，被标记物有可能出现理化和生物学性质的改变。
（五）正电子药物的制备
自 动 化 学 合 成 装 置 ， 化 学 合 成 模 块 （ chemistry process control unit，CPCU） 标记方法：亲核氟代，亲电氟代等。
3.体外诊断放射性药物
放射性药物不引入体内，在体外进行分析，如：RIA，IRMA等。
要求：
（1）射线能量较低，半衰期比较长。125I （2）不影响药物的物理、化学、生物性质。 （3）稳定性好，放化纯度大于95%。
4.正电子药物
采用正电子核素标记的放射性药物，进行正电子显像。
常用的正电子核素： 18F ， 11C，13N，15O
1.放射性核素
2.放射性核素
被标记的配体
放射性核素
131I，99mTc，32P 等。
被标记的配体
3. 标记方法
临床上使用的99mTc标记放射性药物是将从发生器新鲜淋洗 得到的99mTc加到商品试剂盒中，经摇动或加热等简单的操 作而制备的。
（四）双功能螯合剂法
是一种间接标记法，先把某种双功能螯合剂联接在被标记物的分子 上，再将放射性核素标记到螯合剂上,形成“放射性核素-螯合剂-被 标记物”的复合物，多用来标记多肽、单抗等。 螯合剂的存在，被标记物有可能出现理化和生物学性质的改变。
（五）正电子药物的制备
自 动 化 学 合 成 装 置 ， 化 学 合 成 模 块 （ chemistry process control unit，CPCU） 标记方法：亲核氟代，亲电氟代等。
3.体外诊断放射性药物
放射性药物不引入体内，在体外进行分析，如：RIA，IRMA等。
要求：
（1）射线能量较低，半衰期比较长。125I （2）不影响药物的物理、化学、生物性质。 （3）稳定性好，放化纯度大于95%。
4.正电子药物
采用正电子核素标记的放射性药物，进行正电子显像。
常用的正电子核素： 18F ， 11C，13N，15O
1.放射性核素
2.放射性核素
被标记的配体
放射性核素
131I，99mTc，32P 等。
被标记的配体
核医学课件ppt课件
ECT简介
秦皇岛第一医院核医学科
2020/12/23
-
1
目的：
1. 了解ECT的成像原理等有关基 本知识
2. 了解SPECT的临床应用，特 别是在骨 、心脏 、肾脏 、甲状 腺 、脑 、消化道、肺及肿瘤等 疾病中的临床应用
2020/12/23
-
2
核医学科归属及分支
核医学
实验核医学
临床核医学
体外分析
2020/12/23
-
41
2020/12/23
-
42
（2）恶性骨肿瘤：
A 成骨肉瘤:病变部位放射性高度浓聚，且分布不均， 热区中可见到冷的斑块，骨轮廓常变形。显像主要目 的探查远端的骨转移，而非了解局部病灶。
B 软骨肉瘤：浓密的斑片状放射性摄取，与成骨肉 瘤鉴别困难。
C 尤文氏肉瘤：骨干或干骺端及软组织内放射性浓 聚，分布较均匀。
2020/12/23
-
20
(二) 伪影
1.受检者因素 2.显像剂 3.显像技术
2020/12/23
-
21
1.受检者因素
（1） 体动或呼吸过大 （2） 组织衰减 切除的乳腺—肋骨，下 垂的乳房---心肝，横膈----心肌下壁 （3） 体内外异物 （4） 核素污染—尿汗泪及唾液 （5） 体位不当 （6） 生理条件---甲状腺显像时哺乳期 的乳腺明显显影
显像原理
核素引入，体内 发出射线，穿透 分布，体外探测 身体，对侧成像
反映疾病的角度 脏器功能、代谢 脏器解剖结构
敏感性
高
低
特异性
较低
较高
分辨力及定位
差
2020/12/23
-
良好
8
秦皇岛第一医院核医学科
2020/12/23
-
1
目的：
1. 了解ECT的成像原理等有关基 本知识
2. 了解SPECT的临床应用，特 别是在骨 、心脏 、肾脏 、甲状 腺 、脑 、消化道、肺及肿瘤等 疾病中的临床应用
2020/12/23
-
2
核医学科归属及分支
核医学
实验核医学
临床核医学
体外分析
2020/12/23
-
41
2020/12/23
-
42
（2）恶性骨肿瘤：
A 成骨肉瘤:病变部位放射性高度浓聚，且分布不均， 热区中可见到冷的斑块，骨轮廓常变形。显像主要目 的探查远端的骨转移，而非了解局部病灶。
B 软骨肉瘤：浓密的斑片状放射性摄取，与成骨肉 瘤鉴别困难。
C 尤文氏肉瘤：骨干或干骺端及软组织内放射性浓 聚，分布较均匀。
2020/12/23
-
20
(二) 伪影
1.受检者因素 2.显像剂 3.显像技术
2020/12/23
-
21
1.受检者因素
（1） 体动或呼吸过大 （2） 组织衰减 切除的乳腺—肋骨，下 垂的乳房---心肝，横膈----心肌下壁 （3） 体内外异物 （4） 核素污染—尿汗泪及唾液 （5） 体位不当 （6） 生理条件---甲状腺显像时哺乳期 的乳腺明显显影
显像原理
核素引入，体内 发出射线，穿透 分布，体外探测 身体，对侧成像
反映疾病的角度 脏器功能、代谢 脏器解剖结构
敏感性
高
低
特异性
较低
较高
分辨力及定位
差
2020/12/23
-
良好
8
核医学成像原理及设备ppt课件
一般来说，核医学成像系统只检测能量大干50kev的光子 （γ射线）。
精选课件PPT
10
这种信息之所以重要是因为它无法由其他的成像技术提供
用放 射性 同位 素成 像
获得一些和相关病理变化的前兆 有关的生理和生化信息
可了解其生物学功能或者确定某些疾病所在位置
有效的放射性化学药物拥有的特性大致上分为三种：
▪ P E T / C T的问世, 为肿瘤诊断、 良恶性病 变的鉴别诊断提供了极重要的信息, P E T / C T已成肿瘤诊断和鉴别诊断不可缺少的方 法, 经多年应用, 已为肿瘤学家、 放疗学家 和内外科各类专家共识。
▪ P E T / C T的机型主要为 G E 、 S i e m e n s和 P h i l i p s公 司 的 D I S C O V E R Y 、 B I O G R A P H Y和G E ME N I , 分 别占 5 9 %、 3 2 %和 9%
23
γ照相机性能指标
▪ 分辨率 ▪ 灵敏度 ▪ 均匀性 ▪ 线性 ▪ 能量分辨率 ▪ 最大计数率 ▪ 死时间 ▪ 有效视野 ▪ 象限数
精选课件PPT
24
γ照相机的临床应用
▪ 可对脏器进行平面显像、动态显像、门控 显像和全身显像。动态显像和门控显像主 要用于心脏血管检查，平面显像和全身显 像有甲状腺显像、脑显像、肺显像、肾脏 显像、肝胆显像和骨全身显像等。
精选课件PPT
39
补充：生产正电子药物的加速器
▪ 拥有加速器的 P E T / C T单位,并能就 地生产除 1 8 F以外的其他正电子药物 , 如 1 1 C 、 1 3 N甚至 1 5 O等, 则能 进一步开展 1 1 C等显像, 对肿瘤的鉴 别诊断更有帮助 。
核医学放射性药物PPT课件
18F标记物：如用F置换法标记Na18F、K18F等。 18F—AA，18F—萄糖，18F—脂肪酸等 67Ga(
镓)：医学上认为目前最有前途， T1/2=78.3hr能量适于人体 In：111In：加速器生产、T1/2=67hr、r171~247kev 113mIn：母牛生产、T1/2=1.67hr r254~393kev 目前标记白细胞、血小板较多。 201TL ： T1/2=73hr 、加速器生产、电子俘获和 r 衰 变，主要用于心肌、肿瘤显像。
放射性药品的管理 新药管理要求：与西药管理相同，要有生 产工艺的具体要求、从动物试验进入人体前 向卫生部申报批准 → 指定医院临床研究 → 新 药证书。 放药管理（要点）： 1）持一级许可证的核医学科：可使用规定厂 家提供的放药 2）持二级证的核医学科：同上+母牛 3）持三级证的核医学科：同2+使用自行研制 经省以上批准的放药。
放射性药物
一、总论概述：
放药要求 定义：பைடு நூலகம்入体内用于诊治的放素或其标记物。
适宜的核性质 ： 辐射类型、能量适宜 半衰期合适 合乎要求的纯度 优良的化学性质、易标记
良好的化学性质： 放化纯度高 化学纯度高、杂质少 稳定性好、易存放、自分解少 优良的生物学性质： 吸收、分布较快 定位性能好 排泄较快
合并用药：给放药同时给予其它药物称 为药理学介入。合并使用的药物称佐药， 佐药可提高放药效果的灵敏度。如潘生丁 可提高心肌灌注显像药物氯化铊 201TL ） 对心肌缺血部位的检出率。高锝酸 （ 99mTc ）钠做唾液腺功能显像，预先给 予阿手托品抑制腺体分泌延长 99mTc 滞留 时间，有充足的时间来观察，而给毛果云 香硷可增加99mTc的摄取提高清晰度。
不良反应：一般很少，事故性较多
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
医学影像分析，核医学影像Fra bibliotek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)
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
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
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@
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
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。
• 简化的二房室模型（1个血浆房室+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
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
• 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
• 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
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、
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
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
• 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
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)
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
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
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@
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
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。
• 简化的二房室模型（1个血浆房室+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
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
• 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
• 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
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、
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
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
• 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