Titelaufnahme

Titel
Development of an online flow-through system to determine the arterial input function for compartment modeling / Friedrich Röhrbacher
VerfasserRöhrbacher, Friedrich
Begutachter / BegutachterinBöck, Helmuth ; Kuntner, Claudia
Erschienen2012
UmfangXII, 112 S. : Ill., graph. Darst., Kt.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2012
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Arterielle Input Funktion / Online Durchfluss System / Kompartment Modellierung / Koinzidenz Messsystem
Schlagwörter (EN)Arterial Input Function / Online Flow-Through System / Compartment Modeling / Coincident Measurement System
Schlagwörter (GND)Arterie / Durchfluss / Isotopenmarkierung / Mathematisches Modell / Messsystem
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-57882 Persistent Identifier (URN)
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Development of an online flow-through system to determine the arterial input function for compartment modeling [22.33 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Untersuchungen mit PET Scannern liefern Informationen über das räumliche und zeitliche Verhalten von Positronen emittierenden Nukliden.

Dadurch kann unter anderem das Verhalten von neu entwickelten Medikamenten, die mit einem solchen Nuklid markiert sind, in präklinischen Studien analysiert werden. Um detaillierte Aussagen über die Verteilung der Substanzen zu erhalten, wird eine pharmakokinetische Kompartmentanalyse durchgeführt. Dabei handelt es sich um ein Rechenmodell, bei dem die Verteilung der markierten Substanz im Körper in einem oder mehreren Kompartments dargestellt wird. Dazu benötigt man die Konzentration der Substanz im arteriellen Blut über die Zeit.

Infolge der radioaktiven Markierung entspricht diese Menge jedoch auch der Aktivität. Somit kann mittels Bestimmung der Aktivität im Blut und der Analyse des PET Bildes eine genaue Aussage über die Pharmakokinetik getroffen werden.

Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung, den Aufbau und die Eigenschaften eines Online-Durchfluss-Systems, welches die Aktivitäts\-konzentration als Funktion der Zeit in arteriellem Blut von Versuchstieren bei präklinischen Studien aufzeichnet. Dem Tier werden zwei Katheder gesetzt, welche mit einem Schlauch über einen arterio-venösen shunt verbunden sind. Dieser Schlauch wird in einer definierten Geometrie durch das Messvolumen des Gerätes geführt. Das Messsystem arbeitet im Koinzidenzmodus und besteht aus zwei baugleichen und gegenüberliegend angeordneten Detektoren, zwischen denen sich das Messvolumen befindet. Dabei werden die Annihilations-Photonen gemessen, die unmittelbar nach der Emission des Positrons entstehen. Die Anzahl der so gemessenen Ereignisse, der Kalibrierfaktor und das Blutvolumen im Messsystem liefern die genaue Zeit-Aktivitäts-Kurve. Eine eigens für diese Anwendung entwickelte Software sorgt für eine optimierte Verarbeitung der Messdaten, stellt diese zeitgleich mit der Messung grafisch dar und speichert die Daten in geeigneter Art und Weise.

Für diese Studie wurden die F-18 Tracer Fluordesoxyglucose (FDG) und Ciprofloxacin sowie die C-11 Tracer Verapamil, Tariquidar, Mephobarbital und MC113 verwendet. Die injizierten Aktivitäten reichten von 5,5 bis 100 MBq. Das Online-Durchfluss-System wurde mittels manueller Probennahme und anschließender Messung in einem Gammacounter (Referenzsystem) evaluiert. Die Ergebnisse zeigten eine sehr gute Übereinstimmung für alle Tracer sowie für verschiedene Messzeiten von 40 bis 100 Minuten. Die durchschnittlichen Abweichungen der Ergebnisse des Online-Durchfluss-Systems gegenüber dem Referenzsystem betragen 0,9 +/- 7,1% für den Maximalwert in der Zeitaktivitäts-Kurve und -7,9 +/- 8,0% für das Integral über die Messdauer.

Zusammenfassung (Englisch)

Investigations with PET scanners offer spatial and time related information about the behaviour of a positron emitting nuclide. One application of this technology is the investigation of the behaviour of new pharmaceuticals labeled with such a nuclide in pre-clinical studies.

Detailed understanding and description of this behaviour can be acquired by pharmacokinetic compartment modeling. This mathematical model requires the determination of the time activity curve (TAC) and area under the curve (AUC) of the arterial blood as input functions.

Consequently, the analysis of PET data together with the time activity curve of the arterial blood provides detailed information on the kinetic behaviour of the new pharmaceutical. This thesis describes the development, configuration and characteristics of an online flow-through system to determine the TAC from arterial blood (also called input function) of rodents in pre-clinical studies.

The measurement of the input function is carried out by an arterio-venous shunt which consists of a tubing system. This tubing system is placed partly in the measurement volume of the detector system. The detector system works in coincidence mode and consists of two identical scintillation detectors that are mounted oppositely with the measurement volume between them. Because a positron annihilates immediately after emission it can be detected by measuring both 511\;keV annihilation photons. To make sure no error counts are recorded the detectors are shielded and the signals are filtered for their energy and timing coincidence. The number of true coincident events together with the measurement volume and calibration factor provides the activity concentration. A software especially developed for this application controls the measurement and provides the correct input function.

For this study the F-18 tracers fluordesoxyglucose (FDG) and ciprofloxacin as well as the C-11 tracers verapamil, tariquidar, mephobarbital and MC113 were used. The administered activities ranged from 5.5 to 100 MBq. To evaluate this online flow-through system the results were compared to those recorded by manual sampling. The online flow through system showed excellent correlation for all tracers, the activity range and different measurement periods varying between 40 and 100 min. The mean differences between flow-through system and manual sampling (reference system) are 0,9 +/- 7,1% for the peak values of the TAC and -7,9 +/- 8,0% for the AUC values.