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

本视频提供了一种连续血液采样的实验方案。通过体外动静脉分流，在进行PET/CT扫描的同时测量血液中的放射性活度。该方法可生成后续PET/CT数据定量分析所需的动脉输入函数，从而实现精确的生物动力学建模。

本方案的主要优势在于其可重复性强、出血量极少，并且能够实现动脉输入函数在时间分辨率上的高精度。必须对所有用于测定血液活度浓度的测量设备进行交叉校准。本次操作演示由本实验室的技术员 Anne Moller 进行。

在确认12小时禁食的大鼠对脚趾夹捏无反应后，剃除动物手术侧的腿部和腹股沟毛发，并用额外的消毒剂清洁暴露的皮肤。在动物眼睛上涂抹眼膏，并插入直肠探头以持续监测和维持体温。将大鼠的四肢用胶带固定在工作台面上，并使用黏膜消毒剂对手术区域进行消毒。

在腹股沟处做一个约20毫米的切口，分离细小的皮肤层以暴露股静脉、股动脉和神经。将两根细丝线置于股静脉和股动脉下方，用远端丝线结扎血管。用动脉夹夹住血管并保持张力，利用近端的缝合丝线通过动脉夹使血管绷紧，但不打结。

用血管夹在缝合处远端两到三毫米处阻断血管，近端使用动脉瘤夹，然后用角膜剪做一个相当于血管直径1/3的切口。血管切口是本方案中最关键的步骤。请务必使用显微外科器械（如角膜剪），并确保以45度角小心切割血管。

使用无菌棉签清除渗出的血液，并用钝头镊子扩张静脉。保持血管张开，将尖端锐化的导管沿近端方向插入静脉，直至动脉瘤夹处。打开动脉瘤夹，再将导管推进 2 至 3 厘米。

如果导管放置正确，血液将流入导管内。用近端的两个结固定导管。使用胰岛素注射器通过导管注入并回抽100 µL肝素化生理盐水，以检查导管的功能是否正常。

然后将导管插入动脉，操作方法与之前演示的静脉插管相同，并用缝线缝合腿部。本操作将由本实验室的技术员 Joanna Forster 进行演示。进行图像采集时，将动物以头部朝下的体位放置于转运床托盘上，并将转运床移至延伸床位置以便注射。

将导管连接至分流系统，并以每分钟1.52毫升的流速启动蠕动泵，用动物血液填充分流系统。将移动床推至正电子发射断层扫描（PET）检测环视野中心，启动在线血液采样系统。随后启动PET/计算机断层扫描（CT）工作流程。

60秒后，通过三通管静脉注射0.5至1毫升约22兆贝可的18F-氟脱氧葡萄糖剂量。用约150微升肝素化生理盐水溶液冲洗三通管。对于PET发射数据采集，将“按时间采集”选项设置为3,600秒，并选择F-18作为研究用同位素。

使用 350 至 650 千电子伏作为能量水平，3,438 纳秒作为时间窗口。在 CT 采集过程中，采集选项中选择衰减扫描，在投影设置字段中选择 180 次投影以实现半圈总旋转。在视野和分辨率设置中，选择低倍放大，绑定设置为四乘四，轴向扫描长度为 275 毫米，横向电荷耦合器件尺寸为 3,328 像素。

在曝光设置字段中，将电流设为 500 微安，电压设为 80 千伏，曝光时间设为 180 毫秒。然后在接下来的 60 分钟内采集动态 PET 图像，PET 成像结束后进行 CT 扫描。对于 PET 发射直方图，将一系列 20 个帧设为动态帧模式，并选择“相减”作为延迟处理方式。

在高级设置字段中，选择 128 作为正弦图宽度，3 作为跨度，79 作为环差和死时间校正。对于 PET 重建，采用二维有序子集最大期望法，并应用和保存散射正弦图，迭代次数设为四次，重排方法选择傅里叶重排作为重建算法。然后选择 128×128 作为矩阵大小，图像缩放倍数设为 1，帧和段均选择“全部”。

在开始图像采集后的30、60、90、600和1,800秒进行手动采血时，打开第一个三通阀。在示踪剂注射后30秒，将100微升动脉血收集至EDTA毛细血管采血管中。为测量全血的放射性活度，将样本装入井型探头计数器中，以计算每次手动采血时间点的全血放射性活度，单位为千贝可每毫升（kBq/mL）。

进行在线血液采样时，使用试管导引器将试管放入检测器中，并启动血液采样器软件。打开数据采集界面，确认在线血液采样系统的计算机与PET/CT设备的时钟已同步。在示踪剂注射前恰好60秒按下“开始”按钮，以采集足够的背景校正数据。

测量完成后，通过 PMOD 数据库中的“保存”按钮保存原始数据。为校正和校准在线血液数据，请切换到校正界面并启用衰变校正功能。选择 18F，并定义图像采集的开始时间，启用“平均”按钮以执行背景校正。

启动校准，并输入校准因子。使用“保存TAC”按钮保存已校正和校准的血液数据，并选择 blood.crv 文件。

在连续采血的开始阶段，在线分析中可观察到放射性浓度出现初始峰值，该峰值大约在示踪剂注射后5秒开始出现。在此峰值之后，血液中的放射性迅速下降，并在约15分钟后达到平台期。在手动采血数据中，检测到的峰值较小，且平台期不易明确界定。

在图像衍生数据中，峰顶和平台期的起始点清晰可见。然而，与连续血液采样数据相比，其峰值的最大值较小。在此次次优的连续血液采样过程中，由于血液凝固，采样的最初3分半钟内无法进行数据采集。

清除血凝块后，重新启动管路系统中的血流并继续测量，结果显示约四分钟时出现一个峰值，但该峰值并未记录到血液中的最大放射性。尽管采样条件次优，仍可进行手动血液采样和图像衍生分析，所得结果与正确连续血液采样获得的结果相当。在整个操作过程中需始终关注动物福利，严格按照推荐方法制备分流系统，并尽量缩短管路长度。

该方案可用于临床前环境下新型诊断用正电子发射断层扫描示踪剂的优化、新型疾病模型的表征以及新型治疗药物治疗反应的评估。