Вода, меченная кислородом-15

Вода, меченная кислородом-15
Имена
	Другие имена 15 О-вода, [О-15]-Н 2 О, Н 2 15 ТО
Идентификаторы
Номер CAS	24286-21-3 ;
3D model ( JSmol )	Интерактивное изображение ;
КЭБ	ЧЕБИ:36932 ;
ХЭМБЛ	ХЕМБЛ2106489 ;
ХимическийПаук	8305396 ;
ПабХим CID	10129877 ;
НЕКОТОРЫЙ	63M8RYN44N ;
Панель управления CompTox ( EPA )	DTXSID801336466 DTXSID20930638, DTXSID801336466 ;
	показывать УЛЫБКИ
	Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). Ссылки на инфобоксы

Вода, меченная кислородом-15 (также известная как ¹⁵О-вода, [О-15]-H ₂ O, или H ₂¹⁵О) — радиоактивная разновидность обычной воды, в которой атом кислорода заменен на кислород-15 ( ¹⁵О) позитроны , излучающий изотоп . ¹⁵O-вода используется в качестве радиоактивного индикатора для измерения и количественной оценки кровотока с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) в сердце, мозге и опухолях .

Благодаря своей свободной диффузии , ¹⁵O-вода считается неинвазивным золотым стандартом для количественных исследований кровотока миокарда (МК) и используется в качестве эталонного стандарта для валидации других методов количественного определения МК, таких как однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), магнитный резонанс сердца. визуализация (CMR) и динамическая компьютерная томография (КТ).

Производство кислорода-15-воды

Производство газа Кислород-15

Кислород-15 может быть получен в результате различных ядерных реакций, в том числе ¹⁴Н(д,п) ¹⁵ТЕМ, ¹⁶О(п,пн) ¹⁵О и ¹⁵Н(п,п) ¹⁵ТЕМ.

The ¹⁴Н(д,п) ¹⁵Маршрут производства O является наиболее часто применяемым методом, поскольку в настоящее время он является наиболее экономичным методом. Для производства необходим циклотрон , способный ускорять дейтроны до кинетической энергии примерно 7 МэВ . ^{[ 1 ]}

Альтернативные методы:

¹⁵Н(п,п) ¹⁵ низкой энергии O, в котором протоны (≈ 5 МэВ) используются для превращения азота в кислород-15, ^{[ 2 ]} или ¹⁶О(п,пн) ¹⁵O, в котором используются протоны высокой энергии (> 16,6 МэВ). ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Все они производят радиоактивный изотоп кислорода-15, выбивая нейтроны из молекулы-мишени, где ион кислорода-15 соединяется с атомом кислорода, образуя стабильный газообразный кислород. ¹⁵О]О ₂ :

${\ce {^{14}_{7}N + ^{2}_{1}D -> ^{15}_{8}O^2- +n}}$

${\ce {2^{15}_{8}O^2- + N_2 -> 2 NO}}$

${\ce {2 NO -> [^15O]O_2 + N_2}}$

Преобразование ¹⁵О газ в ¹⁵O-вода

Конверсия газообразного кислорода [ ¹⁵О]О ₂ до ¹⁵O-вода может происходить двумя способами: целевое производство и внецелевое внешнее преобразование.

При целевом методе добычи небольшое количество водорода (около 5%), в результате чего в газ добавляется ¹⁵O-вода образуется и задерживается в охлаждаемом контуре из нержавеющей стали. Нагревая петлю, ¹⁵O-вода высвободится и снова окажется в ловушке солевого раствора. Это также можно сделать путем прямого облучения H ₂¹⁶О. Однако этот метод требует протонов высокой энергии и поэтому используется реже. ^{[ 5 ]}

Метод внешнего выхода за пределы цели преобразует кислород-15 и H ₂ с использованием тепла и используется для всех трех ядерных реакций. Палладий обычно используется в качестве катализатора для снижения энергии активации . Смесь целевого газа, катализатора и H ₂ затем нагревается, в результате чего выделяется ¹⁵O-водяной пар, который затем пузырьками превращается в солевой раствор и втягивается в шприц, где его можно применить к субъекту. ^{[ 5 ]}

Использование в ПЭТ

Кислород-15 распадается с периодом полураспада около 2,04 минуты до азота-15, испуская позитрон. ^{[ 6 ]} Позитрон быстро аннигилирует с электроном, образуя два гамма-луча с энергией около 511 кэВ, которые можно обнаружить с помощью ПЭТ-сканера. ^{[ нужна ссылка ]}

Из нескольких доступных ПЭТ-индикаторов для количественной оценки кровотока миокарда (MBF) ⁸²Рб , ¹³NH ₃ и H ₂¹⁵О используются чаще всего. (см. таблицу ниже). ¹⁵O-вода имеет другие свойства по сравнению с ⁸²Рб и ¹³НХ ₃ .

¹⁵О-вода метаболически инертна и свободно диффундирует через мембрану миоцитов в отличие от ⁸²Рб и ¹³NH ₃ , которые поступают в клетку путем активной диффузии ( ¹³NH ₃ диффундирует как активно, так и пассивно). ¹³NH ₃ превращается в тканях в глутамин, глутаминовую кислоту и карбамоилфосфат и метаболически связывается.

¹⁵O-вода имеет 100% степень извлечения, что делает ¹⁵O-вода превосходит ⁸²Рб и ¹³NH ₃ , поскольку корректировки экстракции в зависимости от расхода не требуются. Его 2-минутный период полураспада позволяет получить несколько сканированных изображений в быстрой последовательности. Однако вследствие полной экстракции и свободной диффузии ¹⁵O-вода не удерживается в интересующей ткани, и для ее преобразования требуется последующая обработка. ¹⁵Изображения O-воды преобразуются в количественные изображения кровотока. ^{[ 7 ]}

Ограничения

Техническое ограничение ¹⁵O-вода представляет собой проблему в отделении активности крови от активности ткани миокарда. Эта проблема возникает из-за свободной диффузии индикатора и того факта, что индикатор метаболически инертен. Однако эти проблемы были решены благодаря недавним достижениям как в аппаратном, так и в программном обеспечении. ¹⁵O-вода в настоящее время используется в нескольких клинических испытаниях (основных исследованиях). ^{[ 5 ]}

Еще одним ограничением широкого распространения индикатора была его историческая стоимость. Циклотрон необходим для производства ¹⁵О-вода, требующая крупных капиталовложений в оборудование и квалифицированный персонал для управления производством. ^{[ 8 ]} Однако постоянное развитие направлено на сокращение капитальных затрат и ограничение количества квалифицированного персонала, задействованного в производстве, что делает ¹⁵O-вода доступна для клинической практики.

Клиническая интерпретация ¹⁵O-вода ПЭТ

С ¹⁵ПЭТ с O-водой, оптимальные пороговые значения для выявления гемодинамически значимой ИБС , измеренные с помощью FFR, составляют < 2,3 мл/мин/г для сосудорасширяющего стресса MBF и < 2,5 для резерва коронарного кровотока (CFR). ^{[ 9 ]} ¹⁵ПЭТ с O-водой имеет точность 85% для диагностики гемодинамически значимых эпикардиальных стенозов у пациентов, не имеющих в анамнезе ИБС , что выше, чем при ОФЭКТ и ККТА . ^{[ 10 ]} Однако точность снижается до 75% у пациентов с предыдущими инфарктами миокарда и/или предыдущим ЧКВ . ^{[ 11 ]}

Обычно считается, что у пациента имеется дефект перфузии, если стрессовый МК < 2,3 мл/мин/г по крайней мере в двух соседних сегментах. ^{[ 12 ]} Пациентов с дефектами перфузии не менее 10% левого желудочка следует направлять на коронарографию , а если FFR < 0,8, их можно лечить ЧКВ .

Помимо гемодинамически значимых эпикардиальных стенозов, у пациентов может наблюдаться ишемическая микрососудистая дисфункция (КМД). ^{[ 13 ]} Если стрессовый МК снижен во всем левом желудочке, то возможны диагнозы как ВМД, так и сбалансированного трехсосудистого заболевания. ВМД лечат фармакологически, а сбалансированное трехсосудистое заболевание лечат хирургическим путем с помощью АКШ . Может быть трудно отличить ВМД от сбалансированного трехсосудистого заболевания. ^{[ 12 ]} Однако ВМД встречается гораздо чаще, чем сбалансированное трехсосудистое заболевание. Кроме того, показатель кальция на компьютерной томографии может помочь в дифференциации. Если показатель кальция высокий, то более вероятно сбалансированное трехсосудистое заболевание; и наоборот, если показатель кальция низкий, вероятность ВМД выше.

Фармакопея

Клиническое применение ¹⁵О-вода в повседневной жизни не получила широкого распространения. Внутри Европейского Союза , ¹⁵O-вода признана радиофармацевтическим препаратом и регулируется как лекарственный препарат. ^{[ нужна ссылка ]} Существует фармакопейная статья , позволяющая больничным учреждениям производить и использовать ¹⁵О-вода в рамках своего национального законодательства. В США, ¹⁵О-вода признана радиофармацевтическим препаратом и регулируется как лекарственное средство, но в настоящее время фармакопейной статьи не существует.

Ссылки

^ Кларк, Дж. К. (1987). «Современная методология производства кислорода-15 для клинического использования». Int J Rad Appl Instrum A. 38 (8): 597–600. дои : 10.1016/0883-2889(87)90122-5 . ПМИД 2822617 .
^ Пауэлл и О'Нил, Джеймс (2006). «Получение [О-15]воды на низкоэнергетических протонных циклотронах» . Прикладное излучение и изотопы . 64 (7): 755–759. дои : 10.1016/j.apradiso.2006.02.096 . ПМИД 16617023 . S2CID 25033642 .
^ Бивер, Дж (1976). «Новый метод производства высококонцентрированного кислорода-15, меченного протонами углекислого газа». Appl Радиат Изот . 27 (3): 195–197. дои : 10.1016/0020-708X(76)90138-1 .
^ Крон, К. (1986). «Использование протонов с энергией 50 МэВ для производства C-11 и O-15». J-меченый компд-радиофарм . 23 : 1190–1192.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Диркс, Руди АХО (2014). ПЭТ и ОФЭКТ нейробиологических систем . Спрингер.
^ Участники NNDC (2008 г.). Алехандро А. Сонцогни (менеджер базы данных) (ред.). «Таблица нуклидов» . Аптон (Нью-Йорк): Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория . Проверено 8 февраля 2019 г. {{cite web}}: |author= имеет общее имя ( справка )
^ Гуд, AW (2015). Дас, Биренда Кишор (ред.). Позитронно-эмиссионная томография: Руководство для клиницистов . Том. 80. Индия: Спрингер. п. 399. дои : 10.1007/978-81-322-2098-5 . ISBN 978-81-322-2097-8 . ПМК 1290883 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
^ Хартум, Рональд Л. Ван; Тикофски, Рональд С.; Ичисе, Масанори (2013). Функциональная ОФЭКТ и ПЭТ-визуализация головного мозга . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 16. ISBN 9781451153392 .
^ Данад, Ибрагим; Ууситало, Валттери; Керо, Таня; Сарасте, тетя; Райджмейкерс, Питер Г.; Ламмертсма, Адриан А.; Хейманс, Мартин В.; Каяндер, Сами А.; Пиетиля, Микко; Джеймс, Стивен; Соренсен, Йенс; Кнаапен, Пол; Кнути, Юхани (07 октября 2014 г.). «Количественная оценка перфузии миокарда при выявлении значимой ишемической болезни сердца: пороговые значения и диагностическая точность количественной [(15)O]H2O ПЭТ-визуализации» . Журнал Американского колледжа кардиологов . 64 (14): 1464–1475. дои : 10.1016/j.jacc.2014.05.069 . ISSN 1558-3597 . ПМИД 25277618 . S2CID 25351315 .
^ Данад, Ибрагим; Райджмейкерс, Питер Г.; Дриссен, Роэл С.; Лейпсик, Джонатон; Раджу, Рекха; Наум, Крис; Кнуути, Юхани; Мяки, Майя; Андервуд, Ричард С.; Мин, Джеймс К.; Элмор, Кимберли; Стуйфзанд, Винанд Дж.; ван Ройен, Нильс; Тулевский Игорь Иванович; Сомсен, Аэрноут Г. (01 октября 2017 г.). «Сравнение коронарной КТ-ангиографии, ОФЭКТ, ПЭТ и гибридной визуализации для диагностики ишемической болезни сердца, определяемой фракционным резервом потока» . JAMA Кардиология . 2 (10): 1100–1107. дои : 10.1001/jamacardio.2017.2471 . ISSN 2380-6591 . ПМК 5710451 . ПМИД 28813561 .
^ Дриссен, Роэл С.; ван Димен, Пепейн А.; Райджмейкерс, Питер Г.; Кнутти, Джон; Мааниитти, Теему; Андервуд, С. Ричард; Нагель, Эйке; Грабители, Лоренс FHJ; Демиркиран, Ахмет; фон Бартельд, Мартин Б.; ван де Вен, Питер М.; Хофстра, Леонард; Сомсен, Г. Аэрноут; Тулевский Игорь Иванович; Буэллард, Рональд (1 сентября 2022 г.). «Функциональная стресс-визуализация для прогнозирования аномального коронарного фракционного резерва кровотока: исследование PACIFIC 2» . Европейский кардиологический журнал . 43 (33): 3118–3128. doi : 10.1093/eurheartj/ehac286 . ISSN 1522-9645 . ПМЦ 9433308 . ПМИД 35708168 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Скиагра, Р. (2021). «Процедурные рекомендации EANM по количественной визуализации перфузии миокарда ПЭТ/КТ» . Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации . 48 (4): 1040–1069. дои : 10.1007/s00259-020-05046-9 . ПМЦ 7603916 . ПМИД 33135093 .
^ Мааниитти, Т (2020). «15O-вода ПЭТ MPI: текущее состояние и перспективы на будущее» . Семинары по ядерной медицине . 50 (3): 238–247. doi : 10.1053/j.semnuclmed.2020.02.011 . ПМИД 32284110 . S2CID 215759629 .

[1] Кларк, Дж. К. (1987). «Современная методология производства кислорода-15 для клинического использования». Int J Rad Appl Instrum A. 38 (8): 597–600. дои : 10.1016/0883-2889(87)90122-5 . ПМИД 2822617 .

[2] Пауэлл и О'Нил, Джеймс (2006). «Получение [О-15]воды на низкоэнергетических протонных циклотронах» . Прикладное излучение и изотопы . 64 (7): 755–759. дои : 10.1016/j.apradiso.2006.02.096 . ПМИД 16617023 . S2CID 25033642 .

[3] Бивер, Дж (1976). «Новый метод производства высококонцентрированного кислорода-15, меченного протонами углекислого газа». Appl Радиат Изот . 27 (3): 195–197. дои : 10.1016/0020-708X(76)90138-1 .

[4] Крон, К. (1986). «Использование протонов с энергией 50 МэВ для производства C-11 и O-15». J-меченый компд-радиофарм . 23 : 1190–1192.

[:0-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с Диркс, Руди АХО (2014). ПЭТ и ОФЭКТ нейробиологических систем . Спрингер.

[NNDC-6] Участники NNDC (2008 г.). Алехандро А. Сонцогни (менеджер базы данных) (ред.). «Таблица нуклидов» . Аптон (Нью-Йорк): Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория . Проверено 8 февраля 2019 г. {{cite web}}: |author= имеет общее имя ( справка )

[7] Гуд, AW (2015). Дас, Биренда Кишор (ред.). Позитронно-эмиссионная томография: Руководство для клиницистов . Том. 80. Индия: Спрингер. п. 399. дои : 10.1007/978-81-322-2098-5 . ISBN 978-81-322-2097-8 . ПМК 1290883 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )

[8] Хартум, Рональд Л. Ван; Тикофски, Рональд С.; Ичисе, Масанори (2013). Функциональная ОФЭКТ и ПЭТ-визуализация головного мозга . Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. п. 16. ISBN 9781451153392 .

[9] Данад, Ибрагим; Ууситало, Валттери; Керо, Таня; Сарасте, тетя; Райджмейкерс, Питер Г.; Ламмертсма, Адриан А.; Хейманс, Мартин В.; Каяндер, Сами А.; Пиетиля, Микко; Джеймс, Стивен; Соренсен, Йенс; Кнаапен, Пол; Кнути, Юхани (07 октября 2014 г.). «Количественная оценка перфузии миокарда при выявлении значимой ишемической болезни сердца: пороговые значения и диагностическая точность количественной [(15)O]H2O ПЭТ-визуализации» . Журнал Американского колледжа кардиологов . 64 (14): 1464–1475. дои : 10.1016/j.jacc.2014.05.069 . ISSN 1558-3597 . ПМИД 25277618 . S2CID 25351315 .

[10] Данад, Ибрагим; Райджмейкерс, Питер Г.; Дриссен, Роэл С.; Лейпсик, Джонатон; Раджу, Рекха; Наум, Крис; Кнуути, Юхани; Мяки, Майя; Андервуд, Ричард С.; Мин, Джеймс К.; Элмор, Кимберли; Стуйфзанд, Винанд Дж.; ван Ройен, Нильс; Тулевский Игорь Иванович; Сомсен, Аэрноут Г. (01 октября 2017 г.). «Сравнение коронарной КТ-ангиографии, ОФЭКТ, ПЭТ и гибридной визуализации для диагностики ишемической болезни сердца, определяемой фракционным резервом потока» . JAMA Кардиология . 2 (10): 1100–1107. дои : 10.1001/jamacardio.2017.2471 . ISSN 2380-6591 . ПМК 5710451 . ПМИД 28813561 .

[11] Дриссен, Роэл С.; ван Димен, Пепейн А.; Райджмейкерс, Питер Г.; Кнутти, Джон; Мааниитти, Теему; Андервуд, С. Ричард; Нагель, Эйке; Грабители, Лоренс FHJ; Демиркиран, Ахмет; фон Бартельд, Мартин Б.; ван де Вен, Питер М.; Хофстра, Леонард; Сомсен, Г. Аэрноут; Тулевский Игорь Иванович; Буэллард, Рональд (1 сентября 2022 г.). «Функциональная стресс-визуализация для прогнозирования аномального коронарного фракционного резерва кровотока: исследование PACIFIC 2» . Европейский кардиологический журнал . 43 (33): 3118–3128. doi : 10.1093/eurheartj/ehac286 . ISSN 1522-9645 . ПМЦ 9433308 . ПМИД 35708168 .

[:1-12] Перейти обратно: ^а ^б Скиагра, Р. (2021). «Процедурные рекомендации EANM по количественной визуализации перфузии миокарда ПЭТ/КТ» . Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации . 48 (4): 1040–1069. дои : 10.1007/s00259-020-05046-9 . ПМЦ 7603916 . ПМИД 33135093 .

[13] Мааниитти, Т (2020). «15O-вода ПЭТ MPI: текущее состояние и перспективы на будущее» . Семинары по ядерной медицине . 50 (3): 238–247. doi : 10.1053/j.semnuclmed.2020.02.011 . ПМИД 32284110 . S2CID 215759629 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]