正電子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描

介紹正電子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描01名稱含義原理基礎(chǔ)PET應(yīng)用背景引言顯像方法優(yōu)點(diǎn)目錄030502040607適用人群展望PET/CT和MR/PET目錄0908基本信息正電子發(fā)射計算機(jī)斷層掃描全稱為：正電子發(fā)射型計算機(jī)斷層顯像（PositronEmissionComputedTomography，簡稱PET），是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域比較先進(jìn)的臨床檢查影像技術(shù)。正常范圍PET特別適用于在沒有形態(tài)學(xué)改變之前，早期診斷疾病，發(fā)現(xiàn)亞臨床病變以及評價治療效果。PET在腫瘤、冠心病和腦部疾病這三大類疾病的診療中尤其顯示出重要的價值。名稱含義名稱含義全稱為：正電子發(fā)射型計算機(jī)斷層顯像（PositronEmissionComputedTomography）

，是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域比較先進(jìn)的臨床檢查影像技術(shù)。其大致方法是，將某種物質(zhì)，一般是生物生命代謝中必須的物質(zhì)，如：葡萄糖、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪酸，標(biāo)記上短壽命的放射性核素（如F18，碳11等）

，注入人體后，通過對于該物質(zhì)在代謝中的聚集，來反映生命代謝活動的情況，從而達(dá)到診斷的目的。最近各醫(yī)院主要使用的物質(zhì)是氟代脫氧葡萄糖，簡稱FDG。其機(jī)制是，人體不同組織的代謝狀態(tài)不同，在高代謝的惡性腫瘤組織中葡萄糖代謝旺盛，聚集較多，這些特點(diǎn)能通過圖像反映出來，從而可對病變進(jìn)行診斷和分析。背景引言背景引言分子生物學(xué)與醫(yī)學(xué)影像學(xué)相互交叉融合形成了分子影像學(xué)(Molecularimaging)。分子影像學(xué)

從廣義上可定義為在細(xì)胞和分子水平上對活體生物過程應(yīng)用影像學(xué)技術(shù)進(jìn)行定性和定量研究

。分子影像學(xué)技術(shù)或分子顯像技術(shù)主要包括磁共振(MR)分子顯像、光學(xué)分子顯像和核醫(yī)學(xué)分子顯像技術(shù)

。核醫(yī)學(xué)分子顯像技術(shù)包括單光子發(fā)射計算機(jī)斷層(SPECT)顯像和正電子發(fā)射斷層(PET)顯像，具有靈敏度高、可定量等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前比較有前途的分子顯像技術(shù)，但相比之下，PET分子影像技術(shù)最具發(fā)展前景。目前，PET技術(shù)在腫瘤學(xué)、神經(jīng)精神病學(xué)和心臟病學(xué)中的價值已得到人們認(rèn)可并顯示出巨大應(yīng)用前景。PET與其他分子顯像方法相比具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)

：(1)PET可以動態(tài)地獲得較快(秒級)的動力學(xué)資料，能夠?qū)ι砗退幚磉^程進(jìn)行快速顯像；(2)PET具有很高的靈敏度，能夠測定感興趣組織中p-摩爾甚至f-摩爾數(shù)量級的配體濃度；(3)PET可以絕對定量，盡管經(jīng)常使用半定量方法，但也可以使用絕對定量方法測定活體體內(nèi)生理和藥理參數(shù)；(4)PET采用示蹤量的PET藥物(顯像劑)，不會產(chǎn)生藥理毒副作用

；(5)PET是一種無創(chuàng)傷性方法。正由于如此，PET在全世界范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。原理基礎(chǔ)原理基礎(chǔ)PET采用湮沒輻射和正電子準(zhǔn)直(或光子準(zhǔn)直)技術(shù)，從體外無損傷地、定量地、動態(tài)地測定PET顯像劑或其代謝物分子在活體內(nèi)的空間分布、數(shù)量及其動態(tài)變化，從分子水平上獲得活體內(nèi)PET顯像劑與靶點(diǎn)(如受體、酶、離子通道、抗原決定簇和核酸)相互作用所產(chǎn)生的生化、生理及功能代謝變化的影像信息，為臨床研究提供重要資料

。PET分子顯像基本原理為：PET示蹤劑(分子探針)→引入活體組織細(xì)胞內(nèi)→PET分子探針與特定靶分子作用→發(fā)生湮沒輻射，產(chǎn)生能量同為0.511MeV但方向相反互成180°的兩個γ光子→PET測定信號→顯示活體組織分子圖像、功能代謝圖像、基因轉(zhuǎn)變圖像。PET分子顯像應(yīng)具備以下條件

：(1)具有高親和力和合適藥代動力學(xué)的PET分子探針。PET分子探針是PET分子影像學(xué)研究的先決條件。PET分子探針為正電子核素(如11C和18F)標(biāo)記分子(PET顯像劑)，可為小分子(如受體配體、酶底物)，也可為大分子(如單克隆抗體)，應(yīng)易被正電子核素標(biāo)記。PET分子探針應(yīng)與靶有高度親和力，而與非靶組織親和力低，靶/非靶放射性比值高，易穿過細(xì)胞膜與靶較長時間作用，不易被機(jī)體迅速代謝，并可快速從血液或非特異性組織中清除，以便獲得清晰圖像。(2)PET分子探針應(yīng)能克服各種生物傳輸屏障，如血管、細(xì)胞間隙、細(xì)胞膜等。(3)有效的化學(xué)或生物學(xué)放大技術(shù)。如PET報告基因表達(dá)顯像

。(4)具有快速、高空間分辨率和高靈敏度的成像系統(tǒng)。如高分辨率微型PET(microPET)掃描儀

的研制成功，已成為聯(lián)結(jié)實(shí)驗(yàn)科學(xué)和臨床科學(xué)的重要橋梁。顯像方法顯像方法PET分子顯像有三種方法：直接顯像、間接顯像和替代顯像

。直接顯像直接顯像是基于特異性PET分子探針與靶分子直接作用而對靶進(jìn)行顯像，PET影像質(zhì)量與PET分子探針和靶(如酶、受體及抗原決定簇)相互作用直接相關(guān)。用正電子核素標(biāo)記抗體對細(xì)胞表面抗原或抗原決定簇進(jìn)行PET顯像、用正電子核素標(biāo)記小分子探針對受體密度或占位進(jìn)行PET顯像、用2-18F-2-脫氧-D-葡萄糖(FDG)對糖代謝酶活性進(jìn)行PET顯像、用O-(2-18F-氟代乙基)-L-酪氨酸(FET)對轉(zhuǎn)運(yùn)體(如L-型轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)進(jìn)行PET顯像以及用正電子核素標(biāo)記寡核苷酸對靶mRNA或DNA進(jìn)行PET顯像，均屬于直接顯像范疇。由于直接顯像采用靶特異性探針直接對靶進(jìn)行顯像，方法簡便，因而廣泛應(yīng)用于顯像特異性分子-遺傳學(xué)靶的高特異性正電子核素標(biāo)記分子探針的研究。但是，直接顯像需要針對各種靶分子研制特異性的分子探針，不僅耗資，而且耗時

。間接顯像間接顯像是基于特異性PET報告探針與相應(yīng)靶分子報告基因產(chǎn)物作用而間接對感興趣目標(biāo)報告基因表達(dá)進(jìn)行顯像，因涉及多種因素，較為復(fù)雜。報告基因表達(dá)PET顯像是目前最常用的一種間接顯像方法，必須具備報告基因和報告探針兩因素，且報告探針與報告基因表達(dá)產(chǎn)物間應(yīng)具有特異性相互作用。報告基因表達(dá)PET顯像主要有酶報告基因表達(dá)PET顯像和受體(或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)報告基因表達(dá)PET顯像兩種方法。PET應(yīng)用PET應(yīng)用PET應(yīng)用于蛋白質(zhì)功能分子顯像PET應(yīng)用于蛋白質(zhì)功能分子顯像主要體現(xiàn)在己糖激酶和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)顯像、細(xì)胞增殖和內(nèi)源性胸腺嘧啶激酶顯像、膽堿激酶顯像、生長抑制素等多肽受體顯像及多藥耐藥P-糖蛋白顯像等

。FDG能用于己糖激酶和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)的PET顯像

?，F(xiàn)有資料表明，F(xiàn)DG攝取與葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Glut1表達(dá)水平的相關(guān)性比與己糖激酶活性的相關(guān)性更好，測定Glut1表達(dá)在疾病的鑒別診斷方面可能更有優(yōu)勢。此外，18F-3’-脫氧-3’-氟代胸腺嘧啶(FLT)是測定細(xì)胞增殖和內(nèi)源性胸腺嘧啶激酶活性最常用的正電子顯像劑，F(xiàn)LT由核苷轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，在內(nèi)源性胸腺嘧啶激酶作用下發(fā)生磷酸化，滯留于組織細(xì)胞中，用于多種腫瘤的鑒別診斷

。PET應(yīng)用于基因表達(dá)分子顯像基因表達(dá)PET分子顯像是分子影像學(xué)最重要的前沿研究領(lǐng)域，在人類基因組計劃診斷顯像研究中占有十分重要的地位?；虮磉_(dá)PET顯像主要包括反義PET顯像(直接顯像)和報告基因表達(dá)PET顯像(間接顯像)兩種方法

[3,7,15,16]。利用正電子核素標(biāo)記某一特定序列的反義寡脫氧核苷酸(RASON)作為PET顯像劑，經(jīng)體內(nèi)核酸雜交與相應(yīng)的靶mRNA結(jié)合，通過PET顯像，顯示基因異常表達(dá)組織，反映目標(biāo)DNA轉(zhuǎn)錄情況

。反義PET顯像是一種內(nèi)源性基因表達(dá)顯像，在這兩種方法中尤為重要，但反義顯像難度更大。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)PET是目前惟一可在活體上顯示生物分子代謝、受體

及神經(jīng)介質(zhì)活動的新型影像技術(shù)，現(xiàn)已廣泛用于多種疾病的診斷與鑒別診斷、病情判斷、療效評價、臟器功能研究和新藥開發(fā)等方面。（1）靈敏度高。PET是一種反映分子代謝的顯像，當(dāng)疾病早期處于分子水平變化階段，病變區(qū)的形態(tài)結(jié)構(gòu)尚未呈現(xiàn)異常，MRI、CT檢查還不能明確診斷時，PET檢查即可發(fā)現(xiàn)病灶所在，并可獲得三維影像，還能進(jìn)行定量分析，達(dá)到早期診斷，這是目前其它影像檢查所無法比擬的。（2）特異性高。MRI、CT檢查

發(fā)現(xiàn)臟器有腫瘤時，是良性還是惡性很難做出判斷，但PET檢查可以根據(jù)惡性腫瘤高代謝的特點(diǎn)而做出診斷。（3）全身顯像。PET一次性全身顯像檢查便可獲得全身各個區(qū)域的圖像。（4）安全性好。PET檢查需要的核素有一定的放射性，但所用核素量很少，而且半衰期很短（短的在12分鐘左右，長的在120分鐘左右），經(jīng)過物理衰減和生物代謝兩方面作用，在受檢者體內(nèi)存留時間很短。一次PET全身檢查的放射線照射劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個部位的常規(guī)CT檢查，因而安全可靠。適用人群適用人群（1）腫瘤病人。目前PET檢查85%是用于腫瘤的檢查

，因?yàn)榻^大部分惡性腫瘤葡萄糖代謝高，F(xiàn)DG作為與葡萄糖結(jié)構(gòu)相似的化合物，靜脈注射后會在惡性腫瘤細(xì)胞內(nèi)積聚起來，所以PET能夠鑒別惡性腫瘤與良性腫瘤及正常組織，同時也可對復(fù)發(fā)的腫瘤與周圍壞死及瘢痕組織加以區(qū)分，現(xiàn)多用于肺癌、乳腺癌、大腸癌、卵巢癌、淋巴瘤，黑色素瘤等的檢查，其診斷準(zhǔn)確率在90%以上。這種檢查對于惡性腫瘤病是否發(fā)生了轉(zhuǎn)移，以及轉(zhuǎn)移的部位一目了然，這對腫瘤診斷的分期，是否需要手術(shù)和手術(shù)切除的范圍起到重要的指導(dǎo)作用。據(jù)國外資料顯示，腫瘤病人術(shù)前做PET檢查后，有近三分之一需要更改原訂手術(shù)方案。在腫瘤化療、放療的早期，PET檢查即可發(fā)現(xiàn)腫瘤治療是否已經(jīng)起效，并為確定下一步治療方案提供幫助。有資料表明，PET在腫瘤化療、放療后最早可在24小時發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的代謝變化。（2）神經(jīng)系統(tǒng)疾病和精神病患者

?？捎糜诎d癇灶定位、老年性癡呆早期診斷與鑒別、帕金森病病情評價以及腦梗塞后組織受損和存活情況的判斷。PET檢查在精神病的病理診斷和治療效果評價方面已經(jīng)顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢，并有望在不久的將來取得突破性進(jìn)展。在艾滋病性腦病的治療和戒毒治療等方面的新藥開發(fā)中有重要的指導(dǎo)作用。（3）心血管疾病患者。能檢查出冠心病心肌缺血的部位、范圍，并對心肌活力準(zhǔn)確評價，確定是否需要行溶栓治療、安放冠脈支架或冠脈搭橋手術(shù)。PET/CT和MR/PETPET/CT和MR/PET由于核醫(yī)學(xué)技術(shù)的特點(diǎn)，PET在精度方面有一定的限制，在定位方面有一定的限制。為此，我們考慮將該設(shè)備的結(jié)果同放射學(xué)的結(jié)果綜合考慮。但是如果掃描時間不同，密度小的組織狀態(tài)不穩(wěn)定，將兩種設(shè)備圖像融合的結(jié)果經(jīng)常不太精確。從2000年開始，業(yè)界解決了PET和CT

設(shè)備整合，同步掃描的問題。PET/CT不僅能夠解決同步掃描的問題，同時，通過CT掃描得到密度圖，用于散射校正，可以極大地提高精度和診斷準(zhǔn)確率。目前最先進(jìn)的設(shè)備可以達(dá)到52環(huán)PET同64層CT整和（如西門子公司的Biograph64），通過同心電圖的同步（術(shù)語叫門控），以及考慮到心率不齊的手動ECG編輯重建，可以用于心臟機(jī)能和惡性病變的精確定位。目前，有公司正在試驗(yàn)核磁共振MR同PET的整合設(shè)備，叫做MR/PET

，該設(shè)備可以充分整合MR在軟組織密度探測方面的能力和PET在分子程度的探測能力，對于腦和神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的診斷將有著非常重要的表現(xiàn)，值得期待。雖然PET有以上諸多的優(yōu)點(diǎn)，但仍存在如下不足：（1）對腫瘤的病理性質(zhì)

的診斷仍有一定局限性，如，對于炎癥的特異性不好。（2）檢查者需要有較豐富的經(jīng)驗(yàn)，尤其對是對不同體形不同診斷需要的患者采用何種檢查體位，注射多少核素等問題需要積累經(jīng)驗(yàn)，另外讀片者有時候必須同時兼具放射科和核醫(yī)學(xué)科的知識。（3）檢查費(fèi)用昂貴，目前做一次全身PET檢查需花費(fèi)一萬元左右，不易推廣。展望展望PET分子影像技術(shù)將隨著PET影像設(shè)備、PET放射化學(xué)及分子生物學(xué)的發(fā)展而不斷獲得新的進(jìn)展。功能代謝型影像設(shè)備與解剖型影像設(shè)備的結(jié)合是目前影像設(shè)備發(fā)展的最大成就，PET/CT在臨床上的應(yīng)用進(jìn)一步提高了疾病診斷的準(zhǔn)確率，小動物PET(如microPET)研制成功并應(yīng)用于小動物(如小鼠)顯像，為連接實(shí)驗(yàn)科學(xué)和臨床科學(xué)提供了橋梁。進(jìn)一步研制新型PET/MRI和小