小型动物正电子发射断层扫描/计算机断层扫描中的连续血液采样可实现动脉输入函数的测量

摘要

本文介绍了一种在大鼠PET/CT成像过程中连续采集血液以测量动脉输入函数（AIF）的实验方案。内容包括导管植入、系统校准与设置，以及血液放射性数据的分析方法。所获得的数据可为后续的生物动力学建模提供输入参数。

摘要

在对正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）数据进行定量分析和生物动力学建模时，确定血液中放射性示踪剂随时间变化的浓度曲线——即动脉输入函数（AIF）——是一个关键环节，尤其在动物疾病模型的表征以及新型放射性示踪剂的研发应用中尤为重要。了解放射性示踪剂在血液中的可利用性，有助于准确解读由PET/CT获得的组织活性数据。为此，在PET/CT成像过程中进行在线血液采样以测定AIF是较为理想的方法。与手动采血及基于图像提取的方法相比，连续在线血液采样具有多项优势：除显著减少动物失血量外，还能提高时间分辨率和血液活性测量的准确性。然而，在线采血的主要缺点在于对动物股动静脉插管所需的操作复杂、成本较高且耗时较长。本文介绍了一种简便且完整的操作流程，用于在小动物PET/CT成像过程中实施插管及连续血液采样，并将其与手动采血和图像提取法进行了比较。通过这一高度标准化的操作流程，展示了氟代脱氧葡萄糖（[¹⁸F]FDG）AIF的测定过程。此外，该方法可适用于多种放射性示踪剂与不同动物模型的组合，从而为示踪剂动力学行为和模型特性提供基础性研究数据。这有助于在肿瘤学、神经退行性疾病和心肌疾病等领域的临床前研究中，更精确地评估诊断性和治疗性药物的体内行为。

引言

正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）是一种核医学成像技术，在注射放射性标记配体（也称为示踪剂）后，可实现对体内代谢过程的可视化。配体是一种参与特定代谢途径或靶向细胞表面蛋白的分子，而放射性标记则为可发射正电子的放射性核素。正电子衰变会间接产生伽马射线，使得体外的PET探测器能够检测其在生物体内的分布情况。通过这种方法，可靶向不同的细胞分子：如神经递质受体和转运体、糖酵解等代谢过程，或线粒体蛋白如18 kDa转位蛋白（TSPO），以检测活化的胶质细胞。

在临床前研究中，PET/CT 是一种用于在活体中以非侵入性方式研究生物化学过程的优选方法，从而支持纵向研究。PET/CT 数据有助于分析疾病机制、评估新药的特性与药代动力学，并验证现有及新型放射性示踪剂在转化研究中的应用。

在PET/CT分析中，可以定义三种示踪剂状态（以双室模型为例）：首先，示踪剂在注射后随血液流动（状态1；浓度_[血液]）；其次，示踪剂通过毛细血管床进入组织，在组织中可自由分布于细胞外间隙，或非特异性地结合到各种细胞或细胞外结构上（状态2；浓度_[非特异]）；第三，示踪剂可特异性地结合（可伴有或不伴有代谢捕获）其靶分子（状态3；浓度_[特异]）。这些隔室之间的动态过程在一定程度上均为双向，扩散过程由速率常数（K1、k2、k3和k4）描述。其中，血液中示踪剂的浓度（即状态1）称为“输入”，而非特异性结合与特异性结合示踪剂的浓度（即状态2和状态3）称为“输出”，可直接从PET图像中获得。这种生理关系可在双室模型中表示（图1）。

图1：双组织隔室模型。展示了三种不同示踪剂状态的生理条件及其之间的动态过程。请点击此处查看此图的放大版本。

在理想情况下，特异性浓度 conc._[spec] 与其靶分子的浓度成正比。然而，PET/CT 测量的输出结果是特异性浓度 conc._[spec] 与非特异性浓度 conc._[unspec] 的总和。为了确定感兴趣区域内的 conc._[spec]，需同时测定不含靶蛋白/通路的参考区域中的非特异性浓度 conc._[unspec]。通过使用适当的数学方程，目前最常用的是隔室模型（一种生物动力学建模方法），可计算出 conc._[spec]。然而，在许多情况下，并不存在不含靶蛋白的合适参考区域^1,2。在此类情况下，可利用血液中的浓度 conc._[blood] 来推算 conc._[spec]。由于 conc._[blood] 会因肝脏和肾脏清除率、排泄、血流、血脑屏障通透性以及疾病相关因素的不同而发生变化³，目前的金标准是在 PET/CT 扫描的同时通过连续采血来测量 conc._[blood]。由此可获得动脉输入函数（AIF），其定义为 conc._[blood] 随时间的变化曲线⁴。需要注意的是，连续采血操作在技术上具有很高挑战性，尤其是在大鼠或小鼠等小型动物中⁵。

本文提供了一种简便且实用的方案，通过股静脉与股动脉之间的动静脉（a-v）分流管持续采集大鼠血液样本。结合商用的检测器-泵系统，我们能够在雄性Sprague Dawley大鼠进行动态[¹⁸F]氟代脱氧葡萄糖（[¹⁸F]FDG）-PET/CT扫描时实时、连续地获取动脉输入函数（AIF），并将其与其他替代方法进行比较。实验采用多模态PET/CT扫描仪，对4月龄、平均体重为462 g ± 33 g（均值±标准差）的雄性Sprague Dawley大鼠进行PET/CT成像。

由于在一系列测量过程中使用了多种设备（剂量校准仪、在线血液采样器、PET/CT 和井型计数器），因此需要进行一种称为交叉校准的质量控制程序，以检查所有系统的定量准确性并补偿系统间的差异。在线血液采样的交叉校准是指：对于给定的放射性活度浓度，可在经校正的PET图像中测得的计数率转换为使用twilite系统对相同浓度测得的浓度值。因此，已建立了PET/CT、血液采样系统与井型计数器之间的交叉校准程序。

这种高度标准化的方法为在临床前小型动物研究中量化代谢和细胞过程提供了一种强有力的手段，也是提高动脉输入函数（AIF）可靠性和可重复性的有效途径。随后，可通过生物动力学建模，利用AIF对临床前PET/CT数据中组织内特异性结合的示踪剂进行定量分析。

方案

所有动物操作和实验均经梅克伦堡-前波美拉尼亚州动物研究委员会批准（LALLF M-V/7221.3-1.1-004/18，批准日期：2018年4月3日）。实验实施遵循ARRIVE指南。

注意：动物在标准条件下饲养（22 ± 2 °C，12 小时昼夜循环），自由饮水和进食。制备分流系统的所需设备、手术操作及实际测量所用的所有器材均列于材料表中。

1. 动物插管的准备与手术操作

1. 至少禁食12小时，期间可自由饮水。麻醉时，将大鼠置于诱导室中，并持续通入氧气与异氟烷混合气体。诱导阶段使用2.5–3.5%异氟烷，维持阶段使用1.5–3.0%（流速为1.2–1.5 L/min）。
   注意：仅在使用示踪剂[¹⁸F]FDG的研究中需要禁食，其他示踪剂则不需要。建议通过第4节所述的手动采血方法检测血糖水平，以确保数值稳定，或用于动力学建模中的校正。
2. 将麻醉后的大鼠仰卧于加热垫上，置于手术显微镜下，并在其眼睛上涂抹兽用眼膏。实验过程中持续监测并维持大鼠体温（37 ± 0.5 °C），使用直肠探头进行测温。
3. 用胶带将大鼠四肢固定在操作台面上以保持位置稳定。使用黏膜消毒剂对术区进行消毒，剃除大鼠腿部及腹股沟区域（手术侧）的毛发，最后再用消毒剂进行最终清洁。
4. 使用手术镊和剪刀在大鼠腹股沟处做约20 mm的切口。分离皮肤各细层，暴露股静脉、股动脉和神经，并用显微镊小心操作。在每根股静脉和股动脉下方各放置两根细丝线。
5. 用远端丝线结扎静脉和动脉，并用动脉夹夹住丝线保持张力。
   使用近端结扎丝线，通过动脉夹施加张力固定血管（无需打结）。
6. 在近端使用动脉瘤夹阻断静脉，但位置应位于结扎线远端2–3 mm处，并用动脉夹固定。使用角膜剪在静脉上做一小切口（约为管径的1/3），并用无菌棉签吸除渗出的血液。用钝头镊扩张静脉并保持开放状态。将尖端修整过的导管（内径[ID]：0.58 mm，外径[OD]：0.96 mm）插入静脉，并向近端推进，直至到达动脉瘤夹处。
7. 松开动脉瘤夹，继续将导管向近端推进约2–3 cm。若导管位置正确，血液将流入导管内。使用近端结扎线打两个结固定导管；如有必要，可在静脉与导管周围加缝一针加强固定。使用装有100 µL肝素化生理盐水（50单位/mL）的胰岛素注射器（30 G针头）冲洗并回抽，以检查导管功能是否正常。
8. 通过重复步骤1.6和1.7，将导管置入股动脉。
9. 当两根导管均正确就位后，用缝线关闭切口，并将动物转移至PET/CT设备处。
   注意：在搬运动物过程中务必小心保护导管，否则可能导致导管移位。

2. 分流系统的设置

图 2：测量装置示意图。（A）测量装置的示意图。（B）连接分流系统与twilite探测器、蠕动泵及不同类型连接器的照片。在动物（1）接受PET/CT扫描（2）的同时，检测大鼠血液中放射性随时间的变化。因此，动脉（a）和静脉（b）导管通过适配器（橙色连接器、蓝色连接器和绿色连接器）与探测器泵系统相连。动脉血从动脉导管被泵入探测器（3），再经蠕动泵（4）后通过静脉导管回输体内。管路系统中集成一个三通阀（7），用于示踪剂注射、手动采血和冲洗。使用一个T型接头（8）注入放射性物质。探测器与计算机连接，以实时查看、校准并校正连续的血液数据。请点击此处查看该图的放大版本。

1. 用细内径聚乙烯管（FBPT）（内径：0.58 mm，外径：0.96 mm）截取6段，长度分别为c = 735 mm；e = 100 mm；f = 171 mm；g = 875 mm；h = 90 mm 和 i = 75 mm（图2）。另截取8段硅胶泵管（黑/黑/黑，内径：0.76 mm，外径：2.48 mm），每段长约20 mm。
2. 在硅胶泵管d（黄/蓝/黄，内径：1.52 mm，外径：3.20 mm）的两端安装减径接头（从内径2.5 mm减至内径1.5 mm）。将已准备好的20 mm长的黑色硅胶管段安装在所用减径接头的另一端（见图2中的蓝色接头）。
3. 将已准备好的FBPT管段c插入硅胶泵管d（黄/蓝/黄）一端组装好的蓝色接头中，再将已准备好的FBPT管段e插入另一端的组装蓝色接头中。将已准备好的20 mm长黑色硅胶管段分别套在两个三通接头5和6（管路三通接头，内径：1.5 mm；见图2中的绿色接头）的两端。
4. 将FBPT管段e的自由端连接至组装好的绿色接头（5）左侧，并将已准备好的FBPT管段f连接至绿色接头（5）的对侧。将FBPT管段f的自由端插入组装好的绿色接头（6）左侧，并将已准备好的FBPT管段g连接至绿色接头（6）的对侧。将已准备好的FBPT管段h连接至组装好的绿色接头（5）的自由端，将已准备好的FBPT管段i连接至组装好的绿色接头（6）的自由端。
5. 将组合塞与皮下注射针头（G 23 × 1 1/4''/ø 0.60 mm × 30 mm）连接，并接入三通阀。将装有针头的三通阀插入FBPT管段h的自由端。将另一个组合塞与皮下注射针头连接，并将针头插入FBPT管段i的自由端。
   注意：在开始在线采血前，请参见第5节。
6. 将FBPT管段c和g的自由端插入盛有20 mL肝素化生理盐水溶液（50 单位/mL）的100 mL烧杯中。启动蠕动泵，流速设为1.52 mL/min，使分流系统完全充满生理盐水溶液。随后，在FBPT管段c和g的末端以及管段i的中部各夹上一个剪刀夹。
7. 松开FBPT管段c和g上的剪刀夹。将动脉导管a连接至FBPT管段c的自由端，将静脉导管b连接至FBPT管段g的自由端（见图2中的橙色接头）。

3. 图像采集与重建

1. 将动物置于穿梭床托盘（70 mm）上，呈俯卧位。在整个图像采集过程中，通过加热垫和直肠探针控制大鼠呼吸并维持体温在37 ± 0.5 °C。将穿梭床移至延伸床位置以进行注射（采集前），并将已插入的导管连接至分流系统。
2. 通过鼻罩以异氟烷（2.5% 异氟烷，氧气流速 1.2–1.5 L/min）维持动物麻醉状态。
3. 启动蠕动泵，以1.52 mL/min的流速将动物血液灌注至分流系统中。将 Shuttle 床移动至 PET 探测环视野中心，并启动在线血液采样系统（参见第5节）。
4. 在60秒后，按照第3.5节所述参数启动PET/CT工作流程，随后注射约22 MBq的剂量[¹⁸通过T型管静脉注射约0.5 ± 0.1 mL体积的F]FDG，随后用约150 µL肝素化生理盐水冲洗T型管。
5. 采集60分钟的动态PET图像，并在PET成像结束时进行CT扫描。
   1. 对于PET发射数据采集，将时间设置为3600秒（60分钟） 按时间获取 选项。选择 F-18 作为 研究同位素 并使用 350–650 keV 作为 能级 和 3,438 纳秒作为 时间窗口.
   2. 对于CT采集，选择衰减扫描 采集 选项。在投影设置字段中，选择 120 投射 一半 总旋转角度视野（FOV）和分辨率设置选择低档 放大倍数 4 × 4 以及 结合 275 mm 轴向扫描长度 3328 像素 横断面CCD尺寸在曝光设置字段中，设置 500 µA 电流，80 kV 用于 电压 180 毫秒 曝光时间.
   3. 对于PET发射直方图，设置一系列20个帧（6 × 10秒，8 × 30秒，5 × 300秒和1 × 1800秒）作为 动态构图. 选择“相减”作为 延迟在高级设置字段中选择 128 正弦图 宽度，3 作为 跨度，79 作为 环差与死时间校正.
   4. 对于 PET 重建，采用二维有序子集最大期望法（2D-OSEM）进行生成、应用和保存 散射正弦图, 4 迭代 以及使用Fourier进行重排 binning 重建算法. 选择 128 × 128 作为 矩阵大小 并使用1作为 图像缩放，均如上所述 帧 以及所有 片段.

4. 手动采血步骤

1. 在开始影像采集后的30秒、60秒、90秒、600秒和1800秒进行手动采血。
   注意：如果条件允许，强烈建议增加手动采血次数，特别是在示踪剂注射后的第一分钟内。因此，每次血样体积需减少至20–30 µL⁶。
   1. 打开第一个三通阀，在示踪剂注射后30秒内将100 µL动脉血收集到毛细血管EDTA抗凝采血管中。对其他时间点重复此操作。测定空管和装有血液的管子的重量。
   2. 使用井型计数器对全血样品测量180秒的放射性活度（计数/单位时间），之后通过交叉校准获得以kBq/mL为单位的数据。记录井型计数器测量的开始时间。计算每次手动采血时间点的全血放射性活度（kBq/mL），进行衰变校正，并将数据绘制成时间-活度曲线。

5. 在线血液采样的操作步骤

1. 使用试管导引器将试管放入检测器中。启动血液采样软件（例如 PSAMPLE）并打开采集界面。确保在线血液采样系统的计算机与 PET/CT 的计算机时间同步。
2. 在示踪剂注射前恰好 60 秒按下启动按钮，以采集足够的背景校正数据。测量结束后，通过 PMOD 数据库中的保存按钮保存原始数据。
3. 为对在线血液数据进行校正和校准，请切换至校正界面。启用衰变校正并选择 18F。定义图像采集的开始时间，并启用平均按钮以执行背景校正。激活校准功能，并输入先前确定的校准因子（见第 7.1 节）。
4. 使用“保存 TAC”按钮保存经过校正和校准的血液数据，并选择文件 blood.crv。该文件随后可作为全血输入曲线载入动力学建模工具，进而开展动力学建模分析。将导管与体外循环系统分离。
5. 将动物从 PET/CT 扫描仪上移除，并用戊巴比妥实施安乐死。
   注意：本实验中，动物在测量后被实施安乐死，因为实验设计中需使用其脑组织进行体外分析。利用该装置，也可实现纵向研究中的重复测量⁷。对下一只动物应使用一套全新的管路系统。

6. 图像衍生输入函数

1. 在 PMOD 中打开 Fuse it 工具。将 PET 图像作为输入，CT 图像作为参考加载。点击“已匹配”。
2. 打开感兴趣体素（VOI）工具。将光标置于 CT 图像中的升主动脉内。点击预定义的球形 VOI，设定半径为精确的 0.7 mm。使用 VOI 统计按钮提取时间-活度信息，并将平均值复制到剪贴板。

7. 便携式发光检测系统、PET/CT与井型计数器交叉校准的操作步骤

1. Twilite-PET/CT校准
   注意：Twilite系统的校准工作流程部分基于PMOD软件PSAMPLE模块参考手册中描述的程序。
   1. 用注射器抽取约100 MBq的[¹⁸F]FDG。使用已校准的剂量活度计测量确切活度A_F，并记录测量日期、时间和注射器的总体积。所记录的时间为所有后续衰变校正的参考时间点。
   2. 用500 mL自来水填充烧杯。精确体积通过称重法确定。使用适当且已校准的精密天平（至少准确度等级II）测量空烧杯的质量m_e。将烧杯注满自来水后，测量满烧杯的质量m_f。
   3. 利用质量差和自来水密度（20 °C时ρ = 0.998 g/mL）计算烧杯体积V_b：
      
   4. 将[¹⁸F]FDG注入已装满水的烧杯中，再用不含放射性的自来水将注射器重新注满至原始体积，并使用剂量活度计测量重新填充后注射器中的活度A_E。烧杯中溶液的活度浓度c_b由下式给出：，该值应约为200 kBq/mL。
   5. 用烧杯中的溶液填充一支50 mL锥形离心管（避免产生大气泡），并将其置于PET/CT扫描仪视野中心。准备一根与PET/CT成像实验中所用类型相同的导管，并将其放入twilite系统的导管引导装置中。使用蠕动泵将烧杯中的示踪剂溶液注入导管内。
   6. 按照第5节所述启动时间-活度曲线（TAC）测量，使用与实验相同的积分时间和重排参数，但测量头内不放置导管引导装置。此步骤确保采集足够的数据以进行适当的背景校正。2分钟后，在不中断twilite系统数据采集的情况下，将装有导管的引导装置插入测量头，并继续采集数据约5分钟。
   7. 并行启动对50 mL锥形离心管的10分钟PET采集，随后进行标准CT扫描以用于衰减校正。使用第3节中描述的相同PET重建算法和参数重建该离心管的静态PET图像。使用图像后处理工具（例如PVIEW），在重建的PET图像中为50 mL锥形离心管内部约70%体积区域设置一个圆柱形感兴趣体积（VOI）。提取VOI内的平均活度浓度c_PET（单位：kBq/mL）。
   8. 返回血液采样器软件，使用校准模式对采集到的时间-活度曲线进行衰变、分支比和背景校正。输入核素、活度浓度以及PET采集开始时间等必要信息。软件内部提取twilite系统测得的计数率（CR_twilite），并计算PET与twilite系统之间的交叉校准因子（CF_PET/twilite）：
      
      注意：校准和PET/CT实验必须使用相同的同位素，因为不同同位素的分支比不同，而PET重建过程会对此进行校正。该程序需定期重复执行以进行质量控制，特别是在系统关键组件发生变更（如管路、采集或重建参数）或维修后。
2. PET/CT井型探测器校准
   1. 为计算井型探测器的校准因子CF_well-counter，使用与twilite系统校准相同的烧杯内溶液。等待约6小时，使比活度因衰变降低，从而最小化井型探测器闪烁检测器的死时间效应。盖紧烧杯以防止蒸发。
   2. 计算与参考时间点之间的精确时间差，并通过对原始活度浓度进行衰变校正，确定烧杯中溶液在当前时刻的实际活度浓度c_b(t₊)。从烧杯中吸取预定义体积（V_sample）的溶液，体积应与实验中测量的血样体积相同（例如200 µL），分装至五个安全锁盖管中。使用井型探测器对每个管子测量180秒。
      注意：若单次测量的变异系数大于1%，应增加测量时间。记录每个管子的计数率（单位：每分钟计数[cpm]）及测量开始时间，并进行衰变校正。
   3. 通过将井型探测器经衰变校正后的计数率CR_well-counter除以烧杯溶液经衰变校正后的活度浓度c_beaker(t+)，计算每次测量的校准因子CF_well-counter：
      
   4. 取五个校准因子的平均值，得到平均校准因子。

结果

分流系统的设置如图所示 图2三只野生型大鼠在30分钟内连续采血数据与手动采血数据的代表性结果如图所示 图3A，C在连续采血的起始阶段，示踪剂注射后5秒可观察到初始峰值（放射性浓度最高值）。随后，血液中的放射性迅速下降，并在约15分钟时达到平台期。在手动采血数据中，检测到的峰值较小，且平台期不易界定。图3A，C）。连续血液采样与图像衍生数据的比较如图所示 图3B，D在图像衍生数据中，峰值和平台期的起始点清晰可见，但与所有动物的连续血液采样数据相比，其峰值的最大值较小。图3B，D).

使用本实验装置进行连续采血时，一种次优结果如图3E,F所示。在连续采血开始阶段，由于血液凝固，最初3.5分钟内无法进行数据采集。通过在橙色连接器处断开管路系统，并用肝素化生理盐水冲洗，管路中的流动得以恢复，测量继续进行。约4分钟时出现一个峰，但该峰未能记录到血液中放射性活度的真实峰值（图3E,F）。尽管如此，手动采血（图3E）和图像衍生分析（图3F）仍可进行，且结果与正常情况下的结果具有可比性。

图3：连续血液采样与手动血液采样的代表性结果比较。 图中显示了由连续血液采样获得的典型动脉输入函数与手动血液采样（左列）以及图像衍生方法（右列）的比较结果。图A-D展示了在两只不同动物中正确实施本实验方案所得到的结果。图E和F则展示了一次测量中的次优结果。所有数据显示前均已校正交叉校准因子和背景信号。请点击此处查看该图的放大版本。

讨论

本文所示结果源自一项大规模研究，该研究比较了亨廷顿病转基因动物模型与野生型大鼠的神经元活动。总共对30只转基因和野生型大鼠进行了导管植入，并在进行[¹⁸F]FDG-PET/CT扫描的同时实施了手动和在线血液采样。本文展示了三只野生型大鼠的动脉输入函数（AIF），以展示该实验方案可能得到的结果范围。有关亨廷顿病动物模型中神经元活动变化的完整研究结果将另文发表。

本文所述方法能够在大样本群体中实现快速、准确的连续血液采样，并为小动物动态PET/CT数据的动力学建模提供无缝的动脉输入函数（AIF）。通过建立体外血液循环系统，可实时检测动物血液中的放射性活度，从而避免血液丢失。该手术操作基于Jespersen等人的方法⁸，并进行了改进，以满足PET/CT扫描过程中动脉血液采样的需求。分流系统已由Weber等人验证⁹。在本研究所采用的装置中，约有1.1 mL的体外循环血量流经探测器-泵系统。一只4个月大的大鼠总血容量约为30 mL。股静脉和股动脉的直径约为0.45–0.6 mm¹⁰，在插入所用导管时需轻微拉伸。

AIF 还可以通过间歇性手动采血进行测量，或通过 PET 图像本身的早期时间点重建（图像衍生法）。本研究中对所呈现的数据同时采用了这两种方法，并与连续血液采样进行了比较。

与手动采血相比，在线采血可实现明显更高的时间分辨率（此处为每30分钟1800个数据点）。手动采血（此处为每30分钟5个数据点）受限于小动物体内可用的血液体积，因为这些样本不会被泵回动物的循环系统中。此外，手动采血在技术上最多只能达到10-15秒的采样间隔，导致动力学建模所需的重要信息丢失。这一点在所展示的数据中也有所体现，连续采血与手动采血检测到的最大值之间存在明显差异（图3A,C,E）。采用在线采血时，检测到的峰值高于升主动脉图像衍生输入函数的结果¹¹（图3B,D,F）。图像衍生输入函数受限于正电子发射断层扫描仪（PET）的空间分辨率，从而产生部分容积效应¹²，并受到重建时间帧的影响。

这种连续采血方法的一个普遍优势是，示踪剂可通过导管给予，相比经尾侧静脉注射，这种方式更不易受到干扰。需要注意的是，示踪剂应以适中的体积给予，以防止示踪剂残留在管路系统的起始端。为确保T型接头的死腔中无残留放射活性，之后需用肝素化生理盐水冲洗。此外，建议使用输注泵，因为它可以调节示踪剂注射速度，并有助于在手动采血过程中更协调地捕捉到放射性峰值¹³。

在方案实施过程中可能会出现一些潜在困难，可通过以下方法进行排查和解决。导管位置欠佳可能导致方案执行不完全，因此需确保使用近端缝线准确固定导管，并将导管向近端血管内推进2-3 cm。此外，可使用纤维蛋白粘合剂辅助固定。血栓形成也可能导致导管堵塞，可通过提高肝素浓度并随后冲洗导管或管路系统来处理。结果中展示了因导管堵塞导致的次优效果，最大峰值缺失（图3E）。另一个涉及动物保护与福利的关键问题是体外血流的持续时间，因此建议将管路系统长度缩短至最低限度。

进行采血时，必须对所得动脉输入函数（AIF）进行三项校正。第一，血浆校正。示踪剂在血浆与血细胞（主要是红细胞）之间达到平衡。根据这些扩散过程的快慢，可用的示踪剂主要存在于血浆中。对于某些示踪剂，需要考虑血浆与全血之间的比例，例如脂溶性较强的示踪剂。在这些情况下，必须测定血浆中的放射性活度。如果使用 [¹⁸F]FDG，则无需通过离心血液来测定血浆活度，因为 [¹⁸F]FDG 在血浆与红细胞之间平衡非常迅速，其在血浆中的可用性与全血中相似。第二，代谢物校正。许多示踪剂在全血中会发生代谢，其中一些代谢产物仍带有放射性标记¹⁴。这部分代谢物存在于AIF中，但无法参与组织摄取。对于某些示踪剂，需要在全血或血浆中测定其代谢产物，并对AIF进行校正。第三，弥散校正。弥散由多种因素引起，包括（a）示踪剂到达组织的时间与外周采样点之间存在的系统性时间差异（延迟校正），以及（b）由于管路系统内示踪剂传输受一阶滞后（PT₁）动力学影响，导致AIF形状发生展宽。已有多种基于去卷积的校正方法被提出，主要基于Iida等人提出的模型¹⁵，但这些方法大多对噪声敏感。Munk等人提出了一种可避免去卷积的校正方法，因而对噪声的敏感性较低¹⁶。用于估计校正参数的必要测量需针对所使用的每一种管路与示踪剂组合分别进行。弥散校正应在时间延迟校正之前进行¹⁷。然而，弥散主要影响快速的组织灌注过程，且已有研究表明，在对 [¹⁸F]FDG 研究进行建模时，弥散校正并非绝对必要¹⁸。因此，在本文所展示的示例中，未对AIF进行弥散校正。

现场活度计的正确校准及其定期质量控制是实施本文所述交叉校准程序的前提条件。然而，如果给予动物的放射性活度使用同一台活度计进行测量，则只要测量偏差保持恒定，并且完整执行了包括核素特异性校正（例如，针对不同半衰期或分支比差异的校正）在内的全部交叉校准步骤，该偏差将会被抵消。采用此类校准方法对用于人类医疗保健和研究的PET/CT系统进行标准化时，可实现至少5-10%的准确度^19,20。

成功实施本方案生成的经校准和校正的动脉输入函数（AIF），可用于PET/CT数据的定量分析，以表征动物疾病模型、测试新的治疗方案、建立新的示踪剂，并将现有示踪剂转移至其他物种。在大鼠的[¹⁸]FDG-PET/CT研究中，连续血液采样似乎可为生物动力学建模中的输入函数计算提供最可靠的信息。通过考虑个体代谢情况，尤其是肝脏清除率，能够更精确地评估相关的病理或治疗效应。借助这一切实可行的方案，可轻松实现临床前PET/CT数据分析效率的提升。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
动静脉分流<Sugery 用于动静脉分流/strong>
麻醉站	Groppler
		FT190T	5 mm，闭合力 70 g
斗牛犬夹	Aesculap		35 mm
解剖剪刀 BC165	Aesculap	490-866	钝，用于皮肤准备
加热垫
胰岛素注射器	Braun		30G
针架	medicon	11.62.18	用于
钳	Aesculap	FT 470T	Yasargil
portex 细孔聚乙烯管	Smith Medical	800/100/200	内径 0.58 毫米，外径 0.96 毫米;PE50 等效管手术
显微镜，带摄像头	Leica		M50 + MC120 HD
缝合线丝 6.0			6.0，聚丙烯
缝合线 3.0			3.0，可吸收，编织
两个解剖钳	Hammacher Soling	HSC601-11	显微手术，45°;
血管或角膜剪刀	Geuder	G19605	显微手术剪刀
PET/CT 成像
剂量校准器 ISOMED 2010	nivia instruments GmbH		用于示踪剂分
Inveon PET/CT	西门子
示踪剂（例如 18F-FDG）
manuel 采血
毛细管 EDTA 管	KABE Labortechnik GmbH		GK 150 EDTA 200 µl
试管	SARSTEDT		5 ml，75 x 12 mm，PS
孔计数器 CAPTUS 700t	Capintec		手动测量血液活度
自动采血
BD Venflon TM pro 安全屏蔽静脉导管;18 G （1.3 mm x 32 mm）	BD	3932269	鲁尔接头（适合 T 型接头）
血液采样器 twilite two	swisstrace GmbH
组合塞	Braun	4495101
肝素			50U/ml，用于实验前的试管冲洗和导管手术期间的抽吸
下注射针			G23 x 1 1/4" / 0.6 x 30 mm
微处理器控制的管泵	Ismatec/Cole-Parmer	ISM596	12 个滚轮，2 个通道
PMOD			的 PSAMPLE 模
	Ismatec/Cole-Parmer	ISM569A	从内径 2.5 mm 到内径 1.5 mm
硅胶泵管	Ismatec/Cole-Parmer	070535-17-ND /SC0065N	用于滚轮泵（黄色/蓝色/黄色内径 1.52 mm，粗 0.84 mm，外径 3.2 mm）
硅胶泵管 -	Ismatec/Cole-Parmer	转接管SC 0107	黑色/黑色/黑色 内径 0.76 mm，外重 0.86 mm，外径：2.48 mm
T 型或 T 型接头	Ismatec/Cole-Parmer	ISM 693A	内径 2.5 mm