PET-CT(一)--原理及临床应用

2006-08-06 00:00 来源:丁香园 作者:longen applead
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一.什么是PET?

  PET是Positron Emission computed Tomography的缩写,译成中文则为:正电子发射型电子计算机断层。是利用正电子发射体标记的葡萄糖、氨基酸、胆碱、胸腺嘧啶、受体的配体及血流显像剂等药物为示踪剂,以解剖图象方式、从分子水平显示机体及病灶组织细胞的代谢、功能、血流、细胞增殖和受体分布状况,为临床提供更多的生理和病理方面的诊断信息,因此,称之为分子显像或生物化学显像。PET的应用使核医学迈入分子核医学的新纪元。

二.原理

  PET显像的物理原理是利用回旋加速器,加速带电粒子(如质子、 氘核)轰击靶核,通过核反应产生正电子放射性核素(如11C、13N、15O、18F等),并合成相应的显像剂,引入机体后定位于靶器官,这些核素在衰变过程中发射正电子,这种正电子在组织中运行很短距离后(<1mm),即与周围物质中的电子相互作用,发生湮没辐射,发射出方向相反、能量相等(511kev)的两个光子。PET显像是采用一系列成对的互成180°排列并与符合线路相连的探测器来探测湮没辐射光子,从而获得机体正电子核素的断层分布图,显示病变的位置、形态、大小和代谢功能,对疾病进行诊断。

三.示踪剂

(一)18F-FDG

  18F-FDG(2-Fluorine-18-Fluoro-2-deeoxy-D-glucose,2-氟-18-氟-2-脱氧-D-葡萄糖)是葡萄糖的类似物,是临床最常用的显像剂。静脉注射18F-FDG后,在葡萄糖转运蛋白的帮助下通过细胞膜进入细胞,细胞内的18F-FDG在己糖激酶(hexokinase)作用下磷酸化,生成6-PO4-18F-FDG,由于6-PO4-18F-FDG 的与葡萄糖的结构不同(2-位碳原子上的羟基被18F取代),不能进一步代谢,而且6-PO4-18F-FDG 不能通过细胞膜而滞留在细胞内达几小时。 在葡萄糖代谢平衡状态下,6-PO4-18F-FDG滞留量大体上与组织细胞葡萄糖消耗量一致,因此,18F-FDG能反映体内葡萄糖利用状况。

  绝大多数恶性肿瘤细胞具有高代谢特点,特别是恶性肿瘤细胞的分裂增殖比正常细胞快,能量消耗相应增加,葡萄糖为组织细胞能量的主要来源之一,恶性肿瘤细胞的异常增殖需要葡萄糖的过度利用,其途径是增加葡萄糖膜转运能力和糖代谢通路中的主要调控酶活性。恶性肿瘤细胞糖酵解的增加与糖酵解酶的活性增加有关,与之有关的酶有己糖磷酸激酶、6-磷酸果糖激酶、丙酮酸脱氢酶等。目前,已明确在恶性肿瘤细胞中的葡萄糖转运信息核糖核酸(mRNA)表达增高,导致葡萄糖转运蛋白增加。因此,肿瘤细胞内可积聚大量18F-FDG,经PET显像可显示肿瘤的部位、形态、大小、数量及肿瘤内的放射性分布。同时肿瘤细胞的原发灶和转移灶具有相似的代谢特性,一次注射18F-FDG就能方便地进行全身显像,18F-FDG PET全身显像对于了解肿瘤的全身累及范围具有独特价值。临床上对于肿瘤,18F-FDG主要用于恶性肿瘤的诊断及良、恶性的鉴别诊断、临床分期、评价疗效及监测复发等。根据大脑的葡萄糖的代谢特点,18F-FDG主要用于癫痫灶定位、早老性痴呆、脑血管疾病、抑郁症诊断及研究;也用于研究大脑局部生理功能与糖代谢关系,如视觉、听觉刺激、情感活动、记忆活动等引起相应的大脑皮质区域的葡萄糖代谢改变。对于心肌主要用途是估测心肌存活。

(二) 氨基酸

  氨基酸是人体必需的营养物质,在体内主要代谢途径为合成蛋白质;转化为具有重要生物活性的酶、激素等;氨基酸转运、脱氨、脱羧,变成二氧化碳、尿素等,而被其它组织利用或排出体外。其中蛋白质合成是主要代谢途径。疾病或生理、生化改变可出现蛋白质合成的异常,标记氨基酸可显示其异常变化。

  目前,用于人体PET显像的标记氨基酸有L-甲基-11C-蛋氨酸(11C-MET)、L-1-11C-亮氨酸、L-11C-酪氨酸、L-11C-苯丙氨酸、L-1-11C-蛋氨酸、L-2-18F-酪氨酸、O-(2-18F-氟代乙基)-L-酪氨酸(FET)、L-6-18F-氟代多巴(18F-FDOPA)、L-4-18F-苯丙氨酸、11C-氨基异丙氨酸及13N-谷氨酸等。 11C和18F标记氨基酸显像,肿瘤组织与正常组织的放射性比值高,图像清晰,有助于肿瘤组织与炎症或其它糖代谢旺盛病灶的鉴别。与18F-FDG联合应用可弥补18F-FDG 的不足,提高肿瘤的鉴别能力,同时还可用于鉴别肿瘤的复发与放疗后改变。

(三)核苷酸类

  11C-胸腺嘧啶(11C-TdR)和5-18F-氟脲嘧啶(5-18F-FU)是较常用的核酸类代谢显像剂,能参与核酸的合成,可反映细胞分裂繁殖速度。 11C-TdR 主要用于肿瘤显像,研究结果表明11C-TdR 血中清除速度很快,给药后20 min脑肿瘤即能得到清晰图像, 5-18F-FU 可用于评价化疗疗效。此外,5-18F-脱氧尿核苷和11C-胸腺嘧啶脱氧核苷也可用于肿瘤显像。

(四)胆碱

  甲基-11C-胆碱是较常用的胆碱代谢显像剂,主要用于前列腺癌、膀胱癌、脑瘤、肺癌、食管癌、结肠癌等显像。 目前也有使用18F 标记胆碱,如18F-代甲基胆碱、18F-氟代乙基胆碱及18F-氟代丙基胆碱等,其中18F-氟代甲基胆碱与甲基-11C-胆碱显像效果相类似。胆碱代谢显像剂的优点是肿瘤/非肿瘤放射性比值高,肿瘤显像清晰,静脉注射后短时间即可显像检查。

(五) 11C-乙酸盐

  11C-乙酸盐可被心肌细胞摄取,在线粒体内转化为11C-乙酰辅酶A,并进入三羧酸循环氧化为二氧化碳和水。能反映心肌细胞的三羧酸循环流量,与心肌氧耗量成正比。可用于估测心肌活力及肿瘤显像,特别是对分化较高的原发性肝细胞癌具有重要的诊断价值。

(六) Na18F

  Na18F是一种亲骨性代谢显像剂。18F-通过与羟基磷灰石晶体中的羟基进行离子交换沉积于骨质中。Na18F主要用于骨转移癌的诊断及移植骨的监测。

(七)乏氧显像剂

  18F-fluoromisonidazole (18F-MISO)是一种硝基咪唑化合物,与乏氧细胞具有电子亲和力,可选择性地与肿瘤乏氧细胞结合,是一种较好的乏氧显像剂。18F-MISO可通过主动扩散通过细胞膜进入细胞,硝基(NO2)在硝基还原酶的作用下被还原,在非乏氧细胞内,硝基还原产物可立即被氧化;而在乏氧细胞内,硝基还原产物则不能发生再氧化,还原产物与细胞内大分子物质发生不可逆结合,滞留于乏氧细胞中,其浓聚程度与乏氧程度成正比。研究结果证明,对于放射治疗,细胞在有氧状态下比在乏氧状态下更敏感,因此,乏氧显像可用于预测放疗效果。18F-MISO主要用于头颈部肿瘤如鼻咽癌的放疗效果预测。也可用于估价心肌存活状态。

(八) 15O-H2O

  15O-H2O能自由扩散通过细胞膜,代谢上为惰性,在组织细胞摄取和滞留过程中基本无代谢变化,而且与血流灌注量成线性关系,是较理想的血流灌注显像剂。主要用于研究脑、心脏及肿瘤等血流灌注。

(九)受体显像剂

  多巴胺受体显像剂、5-羟色胺受体显像剂、苯并二氮杂卓受体显像剂、阿片受体显像剂、甾体激素受体显像剂等。
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