当代PET显像技术的优势与临床应用进展

www.cnkang.com 2007-3-23 10:32:00 中华康网

　　正电子发射型断层（positron emission computed tomography，PET）代表了当代最先进的无创伤性高品质影像诊断的新技术，是高水平核医学诊断的标志，也是现代医学必不可少的高技术。PET的独特作用是以代谢显像和定量分析为基础，应用11C、13N、15O、18F等正电子核素为显像剂，研究人体生理、生化、化学递质、受体乃至基因改变。PET的问世和正电子核素示踪剂的出现，使人类第一次实现了活体内分子水平的研究，开创了核医学发展的新纪元。

　　1　PET显像的基本概念和技术优势

　　PET显像所用的显像剂是正电子放射性核素，它是构成机体代谢及生物活性分子的基本元素的同位素（11C、13N、15O）或其类似物，由其标记的示踪剂（显像剂）注入血流，到达全身，聚集在特定的器官或某一部位。PET显像仪（其结构与X线CT或SPECT基本相似）由探头、数据处理系统、图像显示及检查床组成。探头含有多个成对的探测器，可探测正电子核素在衰变过程中产生的湮没辐射所发出的2个能量相同（511keV）而方向相反的γ光子。通过对应的探头，采用符合线路技术，探测器从360°方向检测不同部位的光子，记录释放出光子的时间、位置、数量及方向。显像装置绕人体旋转，多角度采集，信息经计算机贮存，再通过影像重建原理获得人体各部位横断、冠状断和矢状断面影像。

　　PET与其它影像手段相比有如下的技术优势：①应用人体自身分子的主要元素CNOH（F可合成与H相似异构体）的放射性核素制备示踪分子。从而可准确地反映机体的代谢情况，可提供独特的生理性示踪研究和活体生化显像。因而被称为“生化断层”或“生命断层”。②由于所用正电子核素，半衰期极短，如11C、13N、15O和18F的半衰期分别为20、10、2和110min。对人体的辐射剂量甚低，需要时可在一次研究中多次重复检查。③探测器采用符合线路（coincidence circuit），以电子准直取代铅准直探头，故其灵敏度高（不受探测深度限制）、对比度好，如PET的灵敏度较常规γ相机高10～100倍，其分辨率（FWHM）达4mm，可有效地检出1cm大小的病灶。④均匀度好，有利于数学重建图像，可作组织的衰减校正（attenuation correc-tion）和时间校正，校正后数据准确可靠，便于作定量分析，获得高的探测效率。⑤真正的3D探测技术，显示全身的横断、冠状和矢状断面各方位的断层影像。新型PET可作容积（volume）采集，获取的信息量大，靶／非靶比值高，可分辨的病灶小，适用面广。靶器官显示清晰，方便临床医生诊断。⑥PET影像为构建影像融合所必备的条件。PET显像能早期反映疾病的功能和代谢改变（早于形态与解剖变化），成为多种影像（如PET／CT、PET／MRI等）融合（fusionimaging）技术的先导。藉此，可大大提高功能（代谢）／解剖（形态）影像诊断的整体综合技术水平和诊断的效能，从而为医学影像学“四定”提供可靠的依据。

　　2　PET临床应用评价

　　PET的临床应用由于所在医院工作性质和特点不同，其应用领域亦有所差异。据美国绝大多数PET中心综合资料表明，主要集中应用于神经系统（15％～35％）、心血管疾病（15％～25％）、肿瘤学研究（65％～85％）等。

　　2．1　PET在神经系统疾病的应用

　　PET显像用于脑血管疾病（CVD）、癫痫、老年性痴呆、帕金森病（PD）、神经退行性疾病、神经精神药物研究与脑功能研究等很有价值。CVD最常见者有脑梗塞、短暂性脑缺血（TIA）和颅内（蛛网膜下）出血。应用PET作18F－FDG和15O2显像对缺血和梗塞进行相关参数的研究，如局部脑血流（r－CBF）、局部脑氧代谢率（r－CMRO2）、局部氧摄取分数（r－OEF）、局部脑血流容积（r－CBV）等已广泛用于CVD。PET不仅对早期急性脑梗塞诊断、定位及评价预后方面起重要作用，而且对CVD患者神经生理学和神经病学机理研究，提供了有价值的信息。

　　PET检测发现脑卒中时，早期局部受损区血流量变化差异显著，并观察到脑梗塞病人18F－FDG－PET显像和X线CT比较，功能受损的改变明显大于形态学改变。对急性脑梗塞患者随访表明，梗塞发生后数小时内血流灌注未恢复，有活性的神经组织将发生不可逆的损伤。如果测得梗塞部位脑组织r－CBF低于12ml／（100g·min），r－MRO2低于65μmol／（100g·min）阈值，则脑细胞死亡不可避免，介入治疗无效。PET对癫痫灶定位诊断价值已为学者所公认。国内赵军等报道152例癫痫患者进行了发作期18F－FDG－PET检查并与发作间期图像比较，结果发作间期示低代谢区患者，发作期均呈高代谢。认为本法可排除非致痫性病变与痫性活动的播散。大量的研究指出，PET显示局部18F－FDG增高或减低表现，已被术后病理结果证实为癫痫灶。Henry报道241例部分性癫痫病人发作间期的18F－FDG－PET分析发现，62％MRI未见异常的病例，18F－FDG有代谢减低区域，Shih等根据PET定位指导行癫痫灶切除术，30例患者中有93％术后病情得到控制。PET神经受体显像已表明：在部分性癫痫发作期间，中枢γ－氨基丁酸／苯二氮受体和阿片受体的密度分布变化与癫痫的病因及发作有密切关系。

　　PET18F－FDG显像已广泛用于痴呆患者的诊断，尤其是对Alzheimer病（AD）与多发梗塞性痴呆（MID）鉴别。AD最常见的是颞、顶、额叶的葡萄糖代谢低下，脑血流（CBF）、脑氧代谢率（CMRO2）减低。与AD相反，MID则表现为多发性弥漫性脑血流灌注（CBF）减少，葡萄糖代谢减低，CMRO2减少，多呈局灶性或楔状、且与某一特定的动脉分布区有关。Herholz等报道PET诊断AD灵敏度为94.6％，特异性为97％，PET可在痴呆症状和结构改变之前显示出代谢异常。PD是一种发生于中老年的中枢神经变性疾病，PET研究发现本病是黑质－纹状体系统多巴胺递质异常所致，当局部多巴胺递质减少50％以上，即可出现临床症状。应用多巴胺D2受体显像剂，可观察到患者纹状体局部及壳核处分布异常降低。亨廷顿病（HD）为遗传性疾病，可导致进行性痴呆及舞蹈病。Leenders等用PET显像研究发现，纹状体摄取正常而多巴胺D2受体密度减低。

　　2．2　PET在心脏病学研究中的应用

　　PET主要用于隐性、高危和疑难冠心病诊断，心肌存活（myocardial viability）的检测、介入治疗前后监测、心脏移植、心肌病等的诊断及治疗随访观察等。应用18F－FDG－PET显像观察心肌代谢是冠心病诊断的金标准，是目前应用最多的项目。冠心病心肌缺血可能导致三种结果，即：心肌顿抑（stunning）、心肌冬眠（hibernating）和心肌坏死（梗塞或瘢痕），前两种是可逆过程。如果实行再血管化（revascularization）以后，恢复心肌血流，心肌细胞可以恢复功能。后一种是不可逆损伤，即使血运重建，心肌组织也不可能恢复，而为瘢痕组织所代替，因此18F－FDG－PET显像对冠状动脉搭桥术的筛选及手术成功率起到不可估量的作用。

　　PET能反映心肌血流灌注与活力两方面信息，PET可通过先后观察血流（13N－NH3或15O－H2O显像）和葡萄糖摄取（18F－FDG显像）的方法判断心肌是否存活。如果血流灌注下降而心肌对18F－FDG摄取正常乃至增加（代谢－血流不匹配）表明心肌细胞仍存活；如果血流下降的心肌18F－FDG摄取也降低（血流－代谢匹配）则该节段的心肌已不存活。因此PET可作为评价心血管重建术疗效的有效指标。国内刘秀杰等报道应用18F－FDG－PET心肌代谢显像对再血管化手术治疗后心肌室壁运动改善的阳性和阴性预测率分别为87.5％和73.4％，术后梗塞局部心肌灌注恢复的阳性与阴性预测率分别为80.3％和84.6％。Tillisch等比较了冠状动脉再通术前18F－FDG摄取与手术后的恢复关系，结果为对心肌梗塞区存活心肌判断的阳性预测率为85％，阴性预测率为92％。Could等对1000多例心脏病患者用PET进行PTCA、血管搭桥术、心脏用药方面的监测取得了肯定的效果。Camici等对冠心病患者运动时18F－FDG摄取变化进行分析，发现运动诱导的血流灌注减低区的18F－FDG摄取明显增加，从而更准确的提示心肌缺血的病变部位。近年来应用82Rb或13NPET测定CFR（冠状动脉血流储备）引起学者的广泛兴趣，了解血管狭窄对心肌灌注储备的影响。Demer等发现，在中度冠状动脉病变，冠脉狭窄血流储备＜3的患者PET的阳性率为94％，而201TISPECT显像为72％，狭窄血流储备在3～4之间的轻度患者，PET检出率为49％，而201TI为0，表明PET对于检出轻度冠状动脉病变的灵敏度明显高于其它影像检查。PET证实，如有明显的18F－FDG摄取而未作冠状动脉再通术的冠心病患者，其中50％一年内可能出现心肌梗塞。此外，应用11C－PA（软脂酸）代谢显像，可对缺血性与扩张性心肌病鉴别。前者示11C－PA弥漫性不均匀摄取，后者则呈均匀性心肌摄取减低，从而可对梗塞心肌定位和定量。

　　2．3　PET在肿瘤诊断与研究中的应用

　　PET在肿瘤学的诊断与研究中主要用于良恶性鉴别，肿瘤分期、分型、复发、转移的早期诊断和鉴别，抗治疗现象的检测与监测，治疗方案的选择和疗效监测，以及恶变过程的观察与基础研究等。众所周知，葡萄糖是脑细胞的主要能量来源，而18F－FDG是葡萄糖的类似物，用18F－FDG测定脑葡萄糖的利用率，实现脑肿瘤的代谢显像，通过葡萄糖利用率与肿瘤细胞增殖和分化的相关性，可对原发性肿瘤进行体内分级。Delbeke等定量分析58例脑肿瘤患者的脑18F－FDG－PET图像，经病理证实32例为高度恶性肿瘤，其中20例为胶质瘤。26例为低度恶性肿瘤，其中18例为胶质瘤。Francavilla等对12例脑肿瘤病人进行10年随访观察，认为PET可反映脑肿瘤葡萄糖代谢程度，用来监测肿瘤恶变的发生，并可判断肿瘤的恶性程度。肿瘤组织在形成肿块之前，往往先出现代谢异常，高度恶性者代谢明显高于低度恶性者，后者病灶内18F－FDG聚集量仅为前者的10％。

　　18F－FDG－PET显像对肺癌鉴别诊断及分期有重要价值。国内李家敏等曾报道27例肺癌病人（其中单发癌灶者11例）和10例肺部单发良性病变。结果示11例病理检查证实的均可见局部高18F－FDG浓集区。10例单发良性者，除1例肺结核外，9例均未见高18F－FDG浓集区。定量测定SUV和L／NUR定量参数，9例经手术治疗的肺癌病人术前PET分期结果均与手术分期结果一致，CT或MRI仅6例与手术分期结果一致，PET还在11例发现了17个CT和MRI未能发现的转移灶。表明PET是鉴别肺部单发肿块性质和肺癌分期的准确可靠的方法，其准确率高于CT或MRI。国内王辉等对14例单侧肾上腺肿瘤病人进行了18F－FDG－PET显像，在14处肾上腺肿瘤的病灶中，6处良性肿瘤均未见18F－FDG摄取，而8例恶性肿瘤均有18F－FDG浓集，诊断灵敏度、特异性及准确率均为100％。18F－FDG－PET对神经母细胞瘤诊断有明确价值。并且对MIBG显像阴性病例，而18F－FDG呈阳性所见。最近Zimny报告106例胰腺肿物，其中胰腺癌74例，慢性胰腺炎32例，用目测法诊断，经与术后病理对照，PET对胰腺癌诊断的敏感性为85％，而对慢性胰腺炎的符合率为84％。PET还用于多种肿瘤的诊断，如肝癌、结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、黑色素瘤、骨肿瘤以及其它软组织肿瘤。

　　2．4　其它方面

　　目前在许多医学领域正在探索PET的广泛应用。例如：儿童发育、组织存活、损伤修复、脏器移植、生理病理学研究、新药的设计开发、体内的药代动力学观察和在分子水平上研究药物作用机制以及药物依赖（成瘾）性疾病等方面都具有重要价值。再如，应用PET研究烧伤、外伤及冻伤后肢体处理，提供存活组织信息，可进一步提高临床对活组织及器官移植的存活率，为临床急救和肢体移植争取时机。

　　90年代开始，PET进入临床。当前PET技术已渐臻成熟完善，但也有其不足：组建PET中心耗资较大，与之配套的回旋加速器价格昂贵，应用技术复杂等。但人们从高科技、全面效益权重，医学界对其科学价值和应用前景已取得广泛共识，90年代美国列PET于十大医学高科技榜首，日本则将其编入“人类新领域研究计划项目”之一。有科学家预言：FDG是世纪分子，21世纪将是分子医学世纪。目前提高影像医学技术水平，必须大力开发和应用分子水平的高科技影像设备———PET的潜能。迎接新世纪，我国核医学应用PET的新时代已经到来。