正电子发射计算机断层扫描

正电子发射计算机断层扫描全称为：正电子发射型计算机断层显像（Positron Emission Computed Tomography，简称PET），是核医学领域比较先进的临床检查影像技术。

名称含义

全称为：正电子发射型计算机断层显像（Positron Emission Computed Tomography），是核医学领域比较先进的临床检查影像技术。

其大致方法是，将某种物质，一般是生物生命代谢中必须的物质，如：葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸，标记上短寿命的放射性核素（如F18，碳11等），注入人体后，通过对于该物质在代谢中的聚集，来反映生命代谢活动的情况，从而达到诊断的目的。

最近各医院主要使用的物质是氟代脱氧葡萄糖，简称FDG。其机制是，人体不同组织的代谢状态不同，在高代谢的恶性肿瘤组织中葡萄糖代谢旺盛，聚集较多，这些特点能通过图像反映出来，从而可对病变进行诊断和分析。

背景引言

分子生物学与医学影像学相互交叉融合形成了分子影像学(Molecular imaging)。分子影像学从广义上可定义为在细胞和分子水平上对活体生物过程应用影像学技术进行定性和定量研究。分子影像学技术或分子显像技术主要包括磁共振(MR)分子显像、光学分子显像和核医学分子显像技术。核医学分子显像技术包括单光子发射计算机断层(SPECT)显像和正电子发射断层(PET)显像，具有灵敏度高、可定量等优点，是当前比较有前途的分子显像技术，但相比之下，PET 分子影像技术最具发展前景。目前，PET 技术在肿瘤学、神经精神病学和心脏病学中的价值已得到人们认可并显示出巨大应用前景。

PET 与其他分子显像方法相比具有以下显著优点：(1) PET 可以动态地获得较快(秒级)的动力学资料，能够对生理和药理过程进行快速显像；(2)PET 具有很高的灵敏度，能够测定感兴趣组织中 p-摩尔甚至 f-摩尔数量级的配体浓度；(3)PET 可以绝对定量，尽管经常使用半定量方法，但也可以使用绝对定量方法测定活体体内生理和药理参数；(4) PET 采用示踪量的 PET 药物(显像剂)，不会产生药理毒副作用；(5) PET 是一种无创伤性方法。正由于如此，PET 在全世界范围内得到了迅速的发展。

原理基础

PET 采用湮没辐射和正电子准直(或光子准直)技术，从体外无损伤地、定量地、动态地测定 PET显像剂或其代谢物分子在活体内的空间分布、数量及其动态变化，从分子水平上获得活体内 PET 显像剂与靶点(如受体、酶、离子通道、抗原决定簇和核酸)相互作用所产生的生化、生理及功能代谢变化的影像信息，为临床研究提供重要资料。PET 分子显像基本原理为：PET 示踪剂(分子探针)→引入活体组织细胞内→PET 分子探针与特定靶分子作用→发生湮没辐射，产生能量同为0.511MeV但方向相反互成 180°的两个γ光子→PET 测定信号→显示活体组织分子图像、功能代谢图像、基因转变图像。PET 分子显像应具备以下条件：(1)具有高亲和力和合适药代动力学的 PET 分子探针。PET 分子探针是 PET 分子影像学研究的先决条件。PET 分子探针为正电子核素(如 11C 和 18F)标记分子(PET 显像剂)，可为小分子(如受体配体、酶底物)，也可为大分子(如单克隆抗体)，应易被正电子核素标记。PET 分子探针应与靶有高度亲和力，而与非靶组织亲和力低，靶/非靶放射性比值高，易穿过细胞膜与靶较长时间作用，不易被机体迅速代谢，并可快速从血液或非特异性组织中清除，以便获得清晰图像。(2) PET 分子探针应能克服各种生物传输屏障，如血管、细胞间隙、细胞膜等。(3)有效的化学或生物学放大技术。如PET 报告基因表达显像。(4)具有快速、高空间分辨率和高灵敏度的成像系统。如高分辨率微型PET(microPET)扫描仪的研制成功，已成为联结实验科学和临床科学的重要桥梁。

显像方法

PET 分子显像有三种方法：直接显像、间接显像和替代显像。

直接显像

直接显像是基于特异性 PET 分子探针与靶分子直接作用而对靶进行显像，PET 影像质量与 PET 分子探针和靶(如酶、受体及抗原决定簇)相互作用直接相关。用正电子核素标记抗体对细胞表面抗原或抗原决定簇进行 PET 显像、用正电子核素标记小分子探针对受体密度或占位进行 PET显像、用 2-18F-2-脱氧-D-葡萄糖(FDG)对糖代谢酶活性进行 PET 显像、用 O-(2-18F-氟代乙基)-L-酪氨酸(FET)对转运体(如 L-型转运蛋白)进行PET显像以及用正电子核素标记寡核苷酸对靶 mRNA 或DNA 进行 PET 显像，均属于直接显像范畴。由于直接显像采用靶特异性探针直接对靶进行显像，方法简便，因而广泛应用于显像特异性分子-遗传学靶的高特异性正电子核素标记分子探针的研究。但是，直接显像需要针对各种靶分子研制特异性的分子探针，不仅耗资，而且耗时。

间接显像

间接显像是基于特异性 PET 报告探针与相应靶分子报告基因产物作用而间接对感兴趣目标报告基因表达进行显像，因涉及多种因素，较为复杂。报告基因表达 PET 显像是目前最常用的一种间接显像方法，必须具备报告基因和报告探针两因素，且报告探针与报告基因表达产物间应具有特异性相互作用。报告基因表达 PET显像主要有酶报告基因表达 PET 显像和受体(或转运蛋白) 报告基因表达 PET 显像两种方法。由于一种报告基因的特异性报告探针用于该报告基因偶合的各种感兴趣目标基因(如治疗基因)的测定，能对多种不同的生物和分子-遗传学过程进行 PET 显像，不需要针对不同报告基因-报告探针系统研制不同特异性 PET 分子探针；另外，研究报告基因的构建远比研制新的 PET 分子探针简便，且报告基因表达显像比新的 PET 分子探针应用于临床更快。因而间接显像比直接显像耗时少、耗资低，这是目前导致报告基因表达 PET 显像广泛应用于分子显像研究的主要原因。替代显像不是利用 PET 分子探针和靶的特异性相互作用，而是用现已使用的 PET 显像剂和 PET 显像方法对特异的内源性分子-遗传学过程进行显像，用于对诸如癌症等疾病发生特异的内源性分子-遗传学过程变化所产生的下游生理生化效应进行监测，因而主要用于疾病治疗效果的监测。

替代显像

由于替代显像可应用现已研制成功并已用于人体的PET 分子探针进行分子显像，因而是三种显像方法中最为简便的一种，且耗时耗资最低。另外，因直接显像和间接显像只是用于起始临床研究，而替代显像可直接应用于近期临床研究，从而倍受人们重视。然而，替代显像具有特异性差的缺点。例如，多巴胺 D2受体(D2R)显像剂 18F-fluoroethylspiperone(18F-FESP)应用于分子显像研究就是一个典型的例子。最初，18F-FESP 是作为对多巴胺 D2 受体进行直接显像的标记配体而研制的，经过数年研究后才被认证为 D2R 显像剂，用于帕金森氏病鉴别诊断。目前，18F-FESP 正用作为 D2R 报告基因 PET 分子探针，用于 D2R 报告基因表达 PET 显像实验研究，进一步用于临床D2R报告基因表达间接显像尚需进一步认证。但是，18F-FESP 却很快用作为替代显像分子探针，用于帕金森氏病疗效监测和新药研究评价。另一个例子就是 FDG，FDG 是一种针对糖代谢酶活性进行直接显像的 PET 显像剂，经过数十年认证后才广泛用于肿瘤、心脏疾病及脑部疾病的鉴别诊断。FDG 也可作为替代显像分子探针，用于肿瘤基因治疗效果的监测，但它对基因表达显像缺乏特异性，因而不能用于肿瘤基因治疗时基因表达的监测。

PET应用

PET 应用于蛋白质功能分子显像

PET 应用于蛋白质功能分子显像主要体现在己糖激酶和葡萄糖转运蛋白表达显像、细胞增殖和内源性胸腺嘧啶激酶显像、胆碱激酶显像、生长抑制素等多肽受体显像及多药耐药 P-糖蛋白显像等。

FDG 能用于己糖激酶和葡萄糖转运蛋白表达的 PET 显像。现有资料表明，FDG摄取与葡萄糖转运蛋白 Glut 1 表达水平的相关性比与己糖激酶活性的相关性更好，测定 Glut 1 表达在疾病的鉴别诊断方面可能更有优势。此外，18F-3’-脱氧-3’-氟代胸腺嘧啶(FLT)是测定细胞增殖和内源性胸腺嘧啶激酶活性最常用的正电子显像剂，FLT 由核苷转运蛋白体转运到细胞内，在内源性胸腺嘧啶激酶作用下发生磷酸化，滞留于组织细胞中，用于多种肿瘤的鉴别诊断。

PET 应用于基因表达分子显像基因表达

PET 分子显像是分子影像学最重要的前沿研究领域，在人类基因组计划诊断显像研究中占有十分重要的地位。基因表达 PET 显像主要包括反义 PET 显像(直接显像)和报告基因表达 PET 显像(间接显像)两种方法[3, 7, 15, 16]。利用正电子核素标记某一特定序列的反义寡脱氧核苷酸(RASON)作为 PET 显像剂，经体内核酸杂交与相应的靶 mRNA结合，通过 PET 显像，显示基因异常表达组织，反映目标 DNA 转录情况。反义 PET 显像是一种内源性基因表达显像，在这两种方法中尤为重要，但反义显像难度更大。报告基因表达显像又称转基因表达显像，其研究进展远比反义 PET 显像迅速。报告基因表达显像系统必须具备两个基本要素，即 PET报告基因和 PET 报告探针(显像剂)。PET 报告探针常用的正电子放射性核素为 124I 和 18F，其中以 18F最为常用。报告基因表达 PET 显像技术又分为酶介导报告基因表达 PET 显像系统和受体介导报告基因表达 PET 显像系统两类。对于酶介导 PET 显像系统，其报告基因表达的蛋白质产物是一种酶，报告探针是正电子放射性核素标记酶底物，其作用机制为底物与特异性酶作用发生磷酸化或脱胺基反应。

PET 应用于受体分子显像

受体 PET 显像(直接显像)是分子影像学研究的重要领域。研究较多的受体系统有多巴胺能神经系统、5-羟色胺能神经系统(包括羟色胺能受体显像和 5-羟色胺能转运蛋白显像)、乙酰胆碱能受体、肾上腺素能受体、苯并二氮卓受体、阿片受体、雌二醇受体等，其中研究最多的是多巴胺能神经系统。

优点

PET是目前惟一可在活体上显示生物分子代谢、受体及神经介质活动的新型影像技术，现已广泛用于多种疾病的诊断与鉴别诊断、病情判断、疗效评价、脏器功能研究和新药开发等方面。

（1）灵敏度高。PET是一种反映分子代谢的显像，当疾病早期处于分子水平变化阶段，病变区的形态结构尚未呈现异常，MRI、CT检查还不能明确诊断时，PET检查即可发现病灶所在，并可获得三维影像，还能进行定量分析，达到早期诊断，这是目前其它影像检查所无法比拟的。

（2）特异性高。MRI、CT检查发现脏器有肿瘤时，是良性还是恶性很难做出判断，但PET检查可以根据恶性肿瘤高代谢的特点而做出诊断。

（3）全身显像。PET一次性全身显像检查便可获得全身各个区域的图像。

（4）安全性好。PET检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分钟左右，长的在120分钟左右），经过物理衰减和生物代谢两方面作用，在受检者体内存留时间很短。一次PET全身检查的放射线照射剂量远远小于一个部位的常规CT检查，因而安全可靠。

适用人群

（1）肿瘤病人。目前PET检查85%是用于肿瘤的检查，因为绝大部分恶性肿瘤葡萄糖代谢高，FDG作为与葡萄糖结构相似的化合物，静脉注射后会在恶性肿瘤细胞内积聚起来，所以PET能够鉴别恶性肿瘤与良性肿瘤及正常组织，同时也可对复发的肿瘤与周围坏死及瘢痕组织加以区分，现

多用于肺癌、乳腺癌、大肠癌、卵巢癌、淋巴瘤，黑色素瘤等的检查，其诊断准确率在90%以上。这种检查对于恶性肿瘤病是否发生了转移，以及转移的部位一目了然，这对肿瘤诊断的分期，是否需要手术和手术切除的范围起到重要的指导作用。据国外资料显示，肿瘤病人术前做PET检查后，有近三分之一需要更改原订手术方案。在肿瘤化疗、放疗的早期，PET检查即可发现肿瘤治疗是否已经起效，并为确定下一步治疗方案提供帮助。有资料表明，PET在肿瘤化疗、放疗后最早可在24小时发现肿瘤细胞的代谢变化。

（2）神经系统疾病和精神病患者。可用于癫痫灶定位、老年性痴呆早期诊断与鉴别、帕金森病病情评价以及脑梗塞后组织受损和存活情况的判断。PET检查在精神病的病理诊断和治疗效果评价方面已经显示出独特的优势，并有望在不久的将来取得突破性进展。在艾滋病性脑病的治疗和戒毒治疗等方面的新药开发中有重要的指导作用。

（3）心血管疾病患者。能检查出冠心病心肌缺血的部位、范围，并对心肌活力准确评价，确定是否需要行溶栓治疗、安放冠脉支架或冠脉搭桥手术。能通过对心肌血流量的分析，结合药物负荷，测定冠状动脉储备能力，评价冠心病的治疗效果。

PET/CT和MR/PET

由于核医学技术的特点，PET在精度方面有一定的限制，在定位方面有一定的限制。为此，我们考虑将该设备的结果同放射学的结果综合考虑。但是如果扫描时间不同，密度小的组织状态不稳定，将两种设备图像融合的结果经常不太精确。

从2000年开始，业界解决了PET和CT设备整合，同步扫描的问题。PET/CT不仅能够解决同步扫描的问题，同时，通过CT扫描得到密度图，用于散射校正，可以极大地提高精度和诊断准确率。目前最先进的设备可以达到52环PET同64层CT整和（如西门子公司的Biograph64），通过同心电图的同步（术语叫门控），以及考虑到心率不齐的手动ECG编辑重建，可以用于心脏机能和恶性病变的精确定位。

目前，有公司正在试验核磁共振MR同PET的整合设备，叫做MR/PET，该设备可以充分整合MR在软组织密度探测方面的能力和PET在分子程度的探测能力，对于脑和神经系统疾病方面的诊断将有着非常重要的表现，值得期待。

虽然PET有以上诸多的优点，但仍存在如下不足：（1）对肿瘤的病理性质的诊断仍有一定局限性，如，对于炎症的特异性不好。（2）检查者需要有较丰富的经验，尤其对是对不同体形不同诊断需要的患者采用何种检查体位，注射多少核素等问题需要积累经验，另外读片者有时候必须同时兼具放射科和核医学科的知识。（3）检查费用昂贵，目前做一次全身PET检查需花费一万元左右，不易推广。

展望

PET 分子影像技术将随着 PET 影像设备、PET放射化学及分子生物学的发展而不断获得新的进展。功能代谢型影像设备与解剖型影像设备的结合是目前影像设备发展的最大成就，PET/CT 在临床上的应用进一步提高了疾病诊断的准确率，小动物PET(如 microPET)研制成功并应用于小动物(如小鼠)显像，为连接实验科学和临床科学提供了桥梁。进一步研制新型PET/MRI和小动物PET/CT或 MRI扫描仪是将来影像设备发展的必然趋势。分子生物学发展突飞猛进，特别是人类基因组计划的完成，为 PET 分子影像学的发展注入了活力。PET 放射化学的发展使在短时间内合成高比活度和高放射性的正电子核素标记分子探针成为可能，从而可为 PET分子影像学发展提供各种特异性的分子探针。尽管PET 分子影像学已取得巨大进展，但是，PET 分子影像学仍不够成熟，正处于不断发展中。PET 分子影像学在我国严重滞后于临床 PET 影像学，发展PET 分子影像学是我国核医学工作者将来面临的巨大挑战。

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