六章示踪技术及放射性核素显像技术

第六章放射性核素示踪技术与显像引言研究各种物质在生物体内的动态变化规律是医学研究的需要用直接检测方法难以做到原因：⑴物质浓度低，超出直接检测的灵敏度⑵动态变化，直接检测技术难以跟踪⑶无法采集信息间接检测技术可以做到——包括示踪技术是以放射性核素及其标记的化学分子作为示踪剂，通过探测放射性核素在发生核衰变过程中发射出来的射线，达到显示被标记的化学分子踪迹的目的，用以研究被标记的化学分子在生物体系中的客观存在及其变化规律的一类核医学技术。可作为示踪剂的物质：发光物质、特异性酶、放射性核素、稳定核素第一节放射性核素示踪技术一、定义1、同一性：放射性核素及其标记化合物和相应的非标记化合物具有相同的化学及生物学性质。2、可测性：放射性核素发出各种不同射线，可被放射性探测仪所测定或被感光材料所记录。如：用放射性131I来研究127I的生物学行为如：研究物质代谢3H、14C、32P体外放射分析125I脏器功能测定与显像131I、99mTc、111In、18F等二、基本原理1、灵敏度高：可以精确测出微量物质三、示踪技术的主要特点一般可达到10-14~10-18g2、测量方法简便、准确：核射线不受其它物理、化学因素影响，不受非放杂质干扰，无需分离、提纯3、合乎生理条件：可使用少至生理剂量的放射性示踪物来研究物质在整体中的变化规律4、定性、定量、定位与动态研究相结合5、缺点与局限性：需要专用的实验条件需要有专业训练的技术人员需要实验验证示踪剂及标记物没有分解辐射效应四、主要类型按研究对象不同可分为体内示踪技术（invivo)体外示踪技术（invitro)1．物质吸收、分布及排泄的示踪研究常用于药物的药理学、药效学和毒理学研究，在药物的筛选、给药途径和剂型选择等方面都具有重要的价值。体内示踪技术（invivo)2．放射性核素稀释法是利用稀释原理对微量物质作定量测量或测定液体容量的一种核素示踪方法。比一般化学分析方法更简单，灵敏度更高，广泛地用于研究人体各种成分的重量或容量，如测定身体总水量、全身血容量(包括RBC容量和血浆容量)、细胞外液量、可交换钠量和可交换钾量等。3．放射自显影技术（autoradiography，ARG）是根据放射性核素的示踪原理和射线能使感光材料感光的特性，借助光学摄影术来检查及记录被研究样品中放射性示踪剂分布状态的一种核技术。具有定位精确、灵敏度高、可定量分析等优点，广泛用于药理学、毒理学、细胞学、血液学、神经学、遗传学等学科领域。4．放射性核素功能测定放射性药物引入机体后，根据其理化及生物学性质参与机体特定的代谢过程，并动态地分布于有关脏器和组织，通过检测仪器可观察其在有关脏器中的特征性消长过程，从而了解相应脏器的功能状况。如甲状腺吸131I功能测定、肾功能测定等（见下图）。放射性核素功能测定甲状腺吸131I功能测定患者口服131I甲状腺吸碘功能测定仪甲状腺吸碘功能测定结果5．放射性核素显像技术是根据放射性核素示踪原理，利用放射性核素或其标记化合物在体内代谢分布的特殊规律，从体外获得脏器和组织功能、结构影像的一种核技术（见下图）。放射性核素显像向患者体内引入特定示踪剂（或显像剂）核医学显像设备体外示踪技术（invitro)1．物质代谢与转化的示踪研究不仅能够对前身物、中间产物、最终产物做出定性分析，还可用以研究前身物转化为产物的速度、转化条件、转化机制以及各种因素对转化的影响。例如，用3H-TdR掺入DNA作为淋巴细胞转化的指标观察细胞免疫情况；用125I-UdR（尿嘧啶核苷）掺入RNA，可作为肿瘤细胞增殖速度的指标，用于抗肿瘤药物的药敏实验研究等。2．细胞动力学分析是研究各种增殖细胞群体的动态量变过程的方法，包括增殖、分化、迁移和衰亡等过程的变化规律以及体内外因素对它们的影响和调控等。以细胞周期时间测定最为常用。3．活化分析是通过使用适当能量的射线或粒子照射待测样品，使待测样品中某些稳定的核素通过核反应变成放射性核素（活化），然后进行放射性测量和能谱分析，获得待测样品中稳定性核素的种类与含量（分析）的超微量分析技术。活化分析是各种痕量分析法中灵敏度最高的方法之一。4．体外示踪结合放射分析是指在体外条件下，以放射性核素标记的抗原、抗体或受体的配体为示踪剂，以特异性结合反应为基础，以放射性测量为定量方法，对微量生物活性物质进行定量分折的一类技术的总称，包括放射免疫分析、免疫放射分析、放射受体分析等。第二节放射性核素显像技术根据放射性核素的示踪作用，利用放射性核素及标记化合物在体内代谢分布的特殊规律，在体外获得脏器和组织结构影像。一、基本原理：原理——放射性核素的示踪作用基础——脏器内外、组织之间、病变组织放射性药物浓度差基本条件：⑴具有能够选择性聚集在特定脏器、组织和病变的放射性药物，使脏器、组织或病灶与邻近组织之间的放射性浓度差达到一定程度；⑵利用核医学显像装置能探测到这种放射性浓度差，并可根据需要以一定的方式将它们显示成像，即脏器、组织或病变影像。1、合成代谢：脏器和组织的正常合成功能需要某种元素或一定化合物，若用该元素的放射性核素或放射性核素标记的化合物引入体内，则可进行脏器和组织的体外显像。甲状腺对碘有选择性吸收功能，利用放射性碘作示踪剂，可显示甲状腺影像，判断其形态大小及结节的功能状态。11C标记的棕榈酸(11C-PA)可被心肌摄取利用18F标记的脱氧葡萄糖(18F-FDG)与一般葡萄糖一样可作为能源物质被心肌细胞和脑细胞摄取利用二、显像剂被脏器或组织聚集的机制：2、细胞吞噬：单核-巨噬细胞具有吞噬异物的功能。将放射性胶体颗粒或小聚合人血清白蛋白等由静脉注入体内，作为机体的异物被单核-巨噬细胞系统的巨噬细胞所吞噬。放射性胶体颗粒小于20nm——在骨髓中的浓集较多；中等颗粒——被肝的枯否细胞吞噬；大颗粒(50~1000nm)——主要浓集于脾。常用放射性胶体：99mTc—植酸钠，不成颗粒，水溶性无色透明状，静脉注入后与血液中的Ca2+螯合形成不溶性的99mTc—植酸钙胶体被单核-巨噬细胞吞噬。3、循环通路：利用放射性核素进入循环通路的过程，可以显示该通路和有关器官的影像。经腰椎穿刺将放射性药物如99mTc—二乙三胺五醋酸(99mTc-DTPA)注入蛛网膜下腔，可测得脑脊液流动的速度和通畅情况，还可使蛛网膜下腔间隙(包括各脑池)相继显影，若有脑脊液漏在相应部位可出现异常影像。(1)流经通道吸入密闭系统中的放射性气体(如113Xe，81mKr等)或放射性气溶胶(如99mTc-DTPA，99mTcS气溶胶雾粒)可使呼吸道、肺泡显像，以显示放射性核素从气道中清除的动态影像和放射性核素在肺泡内滞留的静态影像。自静脉“弹丸”式快速注入放射性药物后，它依序通过腔静脉、右心房、右心室、肺血管床、左心房、左心室、升主动脉、主动脉弓而达到降主动脉，用以判断心及大血管的畸形等先天性心血管疾病和某些获得性心脏疾患。(2)血管灌注用此法可观察脑主要动脉血管有无灌注异常，借以判断颅内血管性疾病，对占位性病变定位。颗粒直径大于红细胞(10m)的放射性药物如99mTc-大颗粒聚合人工血清白蛋白(99mTc-MAA)注入静脉后随血流经肺毛细血管时，由于这些颗粒直径大于肺毛细血管的直径而被阻断不能通过，暂时性的阻塞于部分肺微血管内而使肺显像，此时可以观察肺内血流灌注的情况。(3)微血管暂时性栓塞将放射性核素标记的某些血液成分作显像剂，循环均匀后，可显示某些脏器血池分布。(4)血池分布如99mTc-RBC或人血清白蛋白(99mTc-HSA)静脉注入体内，达到平衡后均匀地分布于血池内，可做心、肝、胎盘等血池显像。病变组织对某些放射性药物有选择性摄取浓集作用，静脉注入该药物后在一定时相内能浓集于病变组织使其显像。如99mTc-焦磷酸盐(99mTc-PYP)可被急性梗死的心肌组织摄取，据此可进行心肌梗死的定位诊断。4、选择性摄取浓集：99mTc-葡庚糖酸盐(99mTc-GH)、201Tl和67Ga-柠檬酸盐等可用于肺、脑、鼻咽部的恶性肿瘤显像以进行恶性肿瘤的定位、定性诊断。某些脏器对一些引入体内的放射性药物具有选择性排泄功能，这类特定脏器的特定细胞具有选择性摄取代谢产物并将其排除体外，这样一方面可显示脏器的形态，另方面又可观察分泌、排泄功能和排泄通道。静脉注入经肾小管上皮细胞分泌(131I-OIH)或肾小球滤过(99mTc-DTPA)的放射性药物，动态显像可以显示肾的形态以及尿路通畅情况。5、选择性排泄：进入体内的某些放射性药物借助简单的通透弥散作用可使脏器和组织显像。静脉注入放射性133Xe生理盐水后流经肺组织时放射性惰性气体(133Xe)从血液中弥散至肺泡内可进行肺灌注动态显影。6、通透弥散：99mTcO4-、99mTc-葡庚糖酸盐(99mTc-GH)等可以通过破坏的血脑屏障弥散至颅内的病变区，引起局部放射性浓聚的“热区”，可进行颅内占位性病变的定位诊断。衰老的经加热或化学处理后的变性红细胞可以被脾等脏器所拦截。用99mTc标记红细胞加热使其变性，静脉注入后可在脾浓集而肝摄取甚少(脾浓集比肝高3~4倍)，从而获得脾影像。7、细胞拦截：静脉注入99mTc标记的各种磷酸盐如99mTc-PYP或99mTc-亚甲基二磷酸盐(99mTc-MDP)后可使骨骆清晰显像。羟基磷灰石晶体表面除与相接触的血液和组织中相同离子进行交换外，与性质类似者也可进行交换，如18F可与OH-进行交换等，为骨骼显像奠定了基础。8、离子交换和化学吸附：放射性标记的受体配体只与该受体结合，放射性标记的抗体只与相应的抗原结合，从而可使受体和含有特殊抗原的组织显影，这种影像具有高度的特异性。放射性免疫显像就是以放射性核素标记抗肿瘤相关抗原的抗体与相应抗原产生特异性结合的原理，对肿瘤进行阳性显像，用以肿瘤定位的诊断技术，又称特异性合显像或导向显像。9、特异性结合：静态显像：显像剂注入机体经过一定的时间，当显像剂在脏器组织和病变内达到平衡即放射性活度呈相对稳定状态时进行的显像称静态显像。根据影像获取的状态分动态显像：注入体内的显像剂随血流流经或灌注脏器，被组织不断摄取和排泄，或在脏器内反复充盈和不断排出，形成脏器内放射性在数量上或在位置上随时间而变化。以一定的速度(如每秒一帧或多帧)连续采集脏器的多帧影像把它们系列化或以电影方式显示便成为能够反映不同时相器官形态和功能变化的动态显像。三、显像类型：局部显像；指显影的范围仅显示身体的某一部位或某一脏器，此法在临床医学中最为常用。根据影像获取的部位分全身显像：显像装置沿体表从头至足作匀速移动，将采集全身各部位的放射性显示成为一帧影像称全身显像。常用于全身骨骼显像、全身骨髓显像等，此法主要用于探寻肿瘤转移灶或了解骨髓功能状况，其优点是观察方便易于对称比较。平面显像：放射性探测器置于体表的一定位置显示某脏器的影像为平面影像。其所得影像实由探测器投射方向上脏器各处放射性从前到后叠加所构成。根据获取影像的维线与层面分断层显像：SPET的探测器绕体表作180º或360º自动旋转，连续或间断采集多体位平面信息，再由计算机特殊软件和快速阵列处理机重建各种断层影像，如横断层影像，冠状断层影像，矢状断层影像或三维立体影像。早期显像：一般认为显像剂注入体内后2h以内所进行的显像称为早期显像。根据获取影像的时间延迟显像：显像剂注入体内2h以后进行的显像称为延迟显像。根据显像时机体的状态分为静息显像负荷显像阴性显像：正常脏器组织细胞可选择性摄取某种放射性药物，能显示出该脏器和组织的形态和大小。而该脏器内的病灶失去正常组织细胞的功能故常常不能摄取显像剂，呈现放射性活度比正常减低的异常影像即“冷区”。根据显像剂对病变组织的亲和能力分阳性显像：病灶部位的放射性活度高于正常脏器组织的显像称为阳性显像，又称热区显像。四、图像分析方法及要点：静态图像分析要点①位置(平面)：注意被检器官与解剖标志和毗邻器官之间的关系，确定器官有无移位或反位；②形态大小：受检器官的外形和大小是否正常，轮廓是否清晰完整；③放射性分布：一般以受检器官的正常组织放射性分布为基准，比较判断病变组织的