PET-CT的临床应用

张家港澳洋医院1PET-CT在肿瘤中的应用澳洋医院呼吸内科张家港澳洋医院2一．什么是PET？PET是PositronEmissioncomputedTomography的缩写，译成中文则为：正电子发射型电子计算机断层,又名派特。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。目前临床常用的显像剂主要是氟代脱氧葡萄糖，主要反映人体葡萄糖代谢过程，可早期发现恶性肿瘤，老年性痴呆等。张家港澳洋医院3二．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。张家港澳洋医院4PET的发展史PET技术的发展包括了PET扫描仪、回旋加速器及显像剂近一个世纪的缓慢发展过程。张家港澳洋医院51927年，Dirac.PAM预言了正电子的存在。5年后Anderson.C观测到第一个正电子。在这些物理实验后不久，对正电子发射体在医学影像中的应用就已开始探索。1932年，ErnestLawrence发明了能产生β+核素的回旋加速器.1957年，经过不断的改进，第一台用于生长短半衰期正电子核素的医用小型加速器在伦敦Hammersmith医院启用。张家港澳洋医院6DavidE.Kuhl等证实用滤波反投影重建技术可产生正确的横断层图像。1970s初期，GordonBrownell等建立了第一台医用正电子照相机。70年代初，JamesS.Robertson等设计出一种环状的、不连续的探测器来进行正电子断层显像，从而迈出了断层显像的第一步，但却不知用什么数学算法进行图像重建。1973年，HounsfiedGN发明了X线CT。受其启发，Phelps、Hoffman和Terpogossian放弃了原有的设计，建立了一台最早的可行断层显像的PET扫描仪原型（PETTⅡ）,1976年，第一台商业化PET扫描仪（ECAT）面市，如图1所见。80年代始，PET生产厂家CTI和Scanditronix分别与西门子和GE公司合作，大公司的介入使PET扫描仪的发展进入了新的发展阶段。80年后，多种正电子显像剂的研究逐步拓展，18F-FDG在脑显像和心肌存活显像，尤其是在恶性肿瘤显像中的成功应用使PET逐步受到临床的接受和青睐。90年代始PET开始从学院性研究进入临床竞技场。张家港澳洋医院7三．示踪剂（一）18F-FDG18F-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。张家港澳洋医院8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-FDGPET全身显像对于了解肿瘤的全身累及范围具有独特价值。张家港澳洋医院9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。张家港澳洋医院10（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。张家港澳洋医院11（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20min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。张家港澳洋医院12（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。张家港澳洋医院13（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。张家港澳洋医院14（六）Na18FNa18F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。张家港澳洋医院15（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。张家港澳洋医院16（八）15O-H2O15O-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。张家港澳洋医院17（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。张家港澳洋医院18四．PET在肿瘤中的应用PET对恶性肿瘤的诊断是基于示踪原理，利用肿瘤组织的一些特有的生物学或生理学及生物化学代谢特点，如恶性肿瘤组织生长快、代谢旺盛，具有高度的糖酵解能力，以及蛋白质、DNA合成明显增加等，同时有些恶性肿瘤，如乳腺癌、前列腺癌、神经内分泌肿瘤等，肿瘤细胞存在某些受体（如雌激素、雄性激素、生长抑素受体等）或抗体高表达现象。利用恶性肿瘤这些病理生理改变，采用正电子核素标记葡萄糖、氨基酸、核苷酸、配体拮抗剂或抗体等为显像剂，引入机体后在病灶内聚集经PET显像显示肿瘤的位置、形态、大小、数量及放射性分布，属于肿瘤阳性显像，突出病灶。目前，PET显像主要用于肿瘤的定性与定位诊断、肿瘤的良、恶性鉴别诊断、肿瘤的临床分期、肿瘤恶性程度的判断、疗效的评价、转移灶的寻找与复发的监测等方面。对于肿瘤标志物增高或发现转移灶，而CT、MRI及纤维内窥镜等临床常规检查未发现原发灶的患者更具有优势。张家港澳洋医院19(一)肺癌张家港澳洋医院201.肺部孤立性结节或肿块的良恶性鉴别肺孤立性结节(solitarypulmonarynodule，SPN)是指单个、球形的、直径≤3cm的肺内占位性病变，而且周围的肺组织正常，不伴肺不张和肺门异常。一般直径＞3cm的称为肿块（Mass）。早期明确肺部孤立性结节的良、恶性诊断，一方面可以使肺癌患者抓住时机，及时进行手术及其他有效的治疗，以延长患者的生存时间和提高生存质量；另一方面可以减少不必要的开胸手术，降低患者的治疗痛苦，减少不必要的医疗费用。这无疑对临床具有重要的实用意义。张家港澳洋医院2118F-FDGPET显像是鉴别肺部孤立性结节或肿块良、恶性的有效方法。恶性病灶表现为结节状的限局性放射性浓聚影，即高代谢病灶。绝大多数良性病灶不摄取18F-FDG或轻度摄取18F-FDG。但也有小部分良性病变（如活动性肺结核、急性炎症等）出现18F-FDG高摄取，出现放射性浓聚影，仔细分析病灶的形态有助于良恶性的鉴别。SUV是衡量病灶摄取18F-FDG多少的最常用的半定量指标，多数学者将SUV2.5作为良恶性鉴别界限，SUV2.5考虑为恶性肿瘤，SUV介于2.0～2.5之间，为临界范围，SUV2.0可以考虑为良性病变。Gupta等研究结果表明，肺癌组织的SUV为5.63±2.38，肺部良性病变的SUV为0.56±0.27，两者相比差异显著（P0.001）。由于SUV的影响因素较多，应当慎重使用。此外，也有使用肿瘤/非肿瘤（T/NT）计数比值及病灶/本底（L/B）计数比值法。张家港澳洋医院222.临床分期根据肺癌的生物学特征及对临床治疗的响应不同，世界卫生组织（WHO）将肺癌分为小细胞肺癌（smallcelllungcarcinoma,SCLC）和非小细胞肺癌（nonsmallcelllungcarc