利用15O - 水 PET 技术量化人体肺血流：探索与发现

为探究15O - 水 PET 成像量化肺血流（PBF）的潜力，研究人员对 103 例患者研究，为该领域提供参考。

　　

肺血流研究背景与意义

在医学研究领域，了解人体各器官的血液流动情况对于疾病诊断、治疗和病理研究至关重要。肺作为呼吸系统的关键器官，其血液流动状态与多种肺部疾病以及心血管疾病密切相关。然而，目前在肺血流（Pulmonary Blood Flow，PBF）的研究方面，面临着诸多挑战。

动态正电子发射断层扫描（Positron Emission Tomography，PET）技术在研究大脑和心脏的血液灌注方面已经得到了广泛应用，能够获取精确的血液灌注、氧摄取和代谢等信息。但当应用于肺部时，却困难重重。一方面，早期 PET 相机的短轴向视野限制了对肺部的全面观察；另一方面，肺部独特的解剖结构和生理特点带来了诸多挑战。与其他器官不同，肺部的支气管循环相较于肺血流非常低，在房室模型中，其输入函数需采用从右心室腔估计的肺血示踪剂浓度，而非主动脉，由于心脏运动，这一输入函数的准确计算难度较大。此外，呼吸运动使得下肺叶的位置变化显著，进一步增加了研究的复杂性。

此前，基于¹⁵O - 水 PET 成像对人体 PBF 量化的研究少之又少。仅有的两项相关研究样本量较小，使得难以判断该方法所得到的 PBF 值是否真实可靠。在这样的背景下，来自图尔库 PET 中心（Turku PET Centre）、图尔库大学（University of Turku）和图尔库大学医院（Turku University Hospital）的研究人员开展了一项研究，旨在探索¹⁵O - 水 PET 成像量化 PBF 的潜力，并研究不同患者特征（如年龄、性别等）对 PBF 的影响。该研究成果发表在《Annals of Nuclear Medicine》上，为肺血流研究领域提供了重要的参考。

研究技术方法

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先，利用自动分割工具 TotalSegmentator，依据计算机断层扫描（CT）图像自动定位感兴趣的解剖结构，确定肺叶和右心室的分割掩模。随后，借助 Python 和 R 软件，进行图像分析、时间 - 活性曲线（Time-Activity Curve，TAC）提取、模型拟合以及统计测试。在数据处理过程中，通过二进制腐蚀和膨胀操作，去除肺叶感兴趣区（Volume of Interest，VOI）内的大部分空气以及锁骨下动脉和头臂静脉周围区域，以减少干扰因素。此外，研究人员收集了 103 例因疑似冠心病在图尔库 PET 中心进行全身 PET 灌注成像患者的 PET/CT 数据，这些患者在 PET 成像前均接受了冠状动脉 CT 血管造影，但无法排除阻塞性疾病的诊断。

研究结果

1. 模型参数及 PBF 估计值：通过将单组织房室模型（1TCM）拟合到从 103 例患者¹⁵O - 水 PET 数据得出的平均 TAC 上，研究人员得到了不同肺叶以及所有肺叶的模型参数。结果显示，所有肺叶的估计 PBF 平均值为 1.21 ± 0.825 mL/min/cm³，中位数为 1.03 mL/min/cm³。其中，右下肺叶（RLL）的 PBF 最低，右上肺叶（RUL）最高。
2. 不同患者亚组的 PBF 差异：研究人员将患者按照年龄和性别分为不同亚组，对 PBF 值进行统计检验。结果发现，女性患者和 65 岁以下患者的 PBF 略高，但差异均无统计学意义。通过计算 Spearman 相关系数，发现 PBF 与年龄、体重和身体质量指数（BMI）之间均无显著相关性。这可能是由于个体差异较大，掩盖了潜在的关联。
3. 模型参数的其他发现：研究还对模型中的其他参数进行了分析。水分配系数（K₁/k₂）的平均值为 0.207 ± 0.0358，该比值可能是用于比较患者的更可靠指标。此外，V_A的值始终接近 11%，这可能与肺叶 VOI 中剩余的空气量有关，也可能是模型过度参数化的结果。通过计算 Akaike 信息准则（AIC），发现不含 V_A但包含 V_B的模型最佳，但如何合理选择 V_A仍是一个有待解决的问题。

研究结论与讨论

本研究通过对 103 例患者的¹⁵O - 水 PET 数据进行系统分析，结合自动 VOI 选择方法，对 PBF 进行了量化。研究结果与此前的两项研究结果相符，但上肺叶的 PBF 估计值可能因肺血管中示踪剂浓度较高而被高估。由于个体差异较大，尽管女性和年轻患者的 PBF 有较高趋势，但未达到统计学显著性。

该研究的意义在于，为 PBF 量化提供了一种相对有效的方法，即便存在一些问题，如对上肺叶的更精确分割以及肺叶 VOI 周围空气体积估计的优化等，但仍为后续研究奠定了基础。未来研究可针对年轻人群展开，进一步探究性别差异和 PBF 与年龄的关系。设计多房室模型以考虑不同肺叶之间的血流，以及研究该方法在同一患者多次 PET 扫描中的重复性，也是值得探索的方向。此外，研究 PBF 与血压、心率和呼吸频率之间的关联，将有助于更全面地了解肺部生理和病理机制。

总之，这项研究在肺血流量化领域迈出了重要一步，为后续研究指明了方向，有望推动该领域的进一步发展，为相关疾病的诊断和治疗提供更有力的支持。