正電子發射計算機斷層掃描

全稱為：正電子發射型計算機斷層顯像（Positron Emission Computed Tomography） ^[1]  ，是核醫學領域比較先進的臨牀檢查影像技術。

其大致方法是，將某種物質，一般是生物生命代謝中必須的物質，如：葡萄糖、蛋白質、核酸、脂肪酸，標記上短壽命的放射性核素（如F18，碳11等） ^[2]  ，注入人體後，通過對於該物質在代謝中的聚集，來反映生命代謝活動的情況，從而達到診斷的目的。

最近各醫院主要使用的物質是氟代脱氧葡萄糖，簡稱FDG。其機制是，人體不同組織的代謝狀態不同，在高代謝的惡性腫瘤組織中葡萄糖代謝旺盛，聚集較多，這些特點能通過圖像反映出來，從而可對病變進行診斷和分析。

分子生物學與醫學影像學相互交叉融合形成了分子影像學(Molecular imaging)。分子影像學 ^[3]  從廣義上可定義為在細胞和分子水平上對活體生物過程應用影像學技術進行定性和定量研究 ^[2]  。分子影像學技術或分子顯像技術主要包括磁共振(MR)分子顯像、光學分子顯像和核醫學分子顯像技術 ^[4]  。核醫學分子顯像技術包括單光子發射計算機斷層(SPECT)顯像和正電子發射斷層(PET)顯像，具有靈敏度高、可定量等優點，是當前比較有前途的分子顯像技術，但相比之下，PET 分子影像技術最具發展前景。目前，PET 技術在腫瘤學、神經精神病學和心臟病學中的價值已得到人們認可並顯示出巨大應用前景。

PET 與其他分子顯像方法相比具有以下顯著優點 ^[5]  ：(1) PET 可以動態地獲得較快(秒級)的動力學資料，能夠對生理和藥理過程進行快速顯像；(2)PET 具有很高的靈敏度，能夠測定感興趣組織中 p-摩爾甚至 f-摩爾數量級的配體濃度；(3)PET 可以絕對定量，儘管經常使用半定量方法，但也可以使用絕對定量方法測定活體體內生理和藥理參數；(4) PET 採用示蹤量的 PET 藥物(顯像劑)，不會產生藥理毒副作用 ^[6]  ；(5) PET 是一種無創傷性方法。正由於如此，PET 在全世界範圍內得到了迅速的發展。

PET 採用湮沒輻射和正電子準直(或光子準直)技術，從體外無損傷地、定量地、動態地測定 PET顯像劑或其代謝物分子在活體內的空間分佈、數量及其動態變化，從分子水平上獲得活體內 PET 顯像劑與靶點(如受體、酶、離子通道、抗原決定簇和核酸)相互作用所產生的生化、生理及功能代謝變化的影像信息，為臨牀研究提供重要資料 ^[7]  。PET 分子顯像基本原理為：PET 示蹤劑(分子探針)→引入活體組織細胞內→PET 分子探針與特定靶分子作用→發生湮沒輻射，產生能量同為0.511MeV但方向相反互成 180°的兩個γ光子→PET 測定信號→顯示活體組織分子圖像、功能代謝圖像、基因轉變圖像。PET 分子顯像應具備以下條件 ^[2]  ：(1)具有高親和力和合適藥代動力學的 PET 分子探針。PET 分子探針是 PET 分子影像學研究的先決條件。PET 分子探針為正電子核素(如 ¹¹C 和 ¹⁸F)標記分子(PET 顯像劑)，可為小分子(如受體配體、酶底物)，也可為大分子(如單克隆抗體)，應易被正電子核素標記。PET 分子探針應與靶有高度親和力，而與非靶組織親和力低，靶/非靶放射性比值高，易穿過細胞膜與靶較長時間作用，不易被機體迅速代謝，並可快速從血液或非特異性組織中清除，以便獲得清晰圖像。(2) PET 分子探針應能克服各種生物傳輸屏障，如血管、細胞間隙、細胞膜等。(3)有效的化學或生物學放大技術。如PET 報告基因表達顯像 ^[8]  。(4)具有快速、高空間分辨率和高靈敏度的成像系統。如高分辨率微型PET(microPET)掃描儀 ^[9]  的研製成功，已成為聯結實驗科學和臨牀科學的重要橋樑。

PET 分子顯像有三種方法：直接顯像、間接顯像和替代顯像 ^[4]  。

直接顯像是基於特異性 PET 分子探針與靶分子直接作用而對靶進行顯像，PET 影像質量與 PET 分子探針和靶(如酶、受體及抗原決定簇)相互作用直接相關。用正電子核素標記抗體對細胞表面抗原或抗原決定簇進行 PET 顯像、用正電子核素標記小分子探針對受體密度或佔位進行 PET顯像、用 2-¹⁸F-2-脱氧-D-葡萄糖(FDG)對糖代謝酶活性進行 PET 顯像、用 O-(2-¹⁸F-氟代乙基)-L-酪氨酸(FET)對轉運體(如 L-型轉運蛋白)進行PET顯像以及用正電子核素標記寡核苷酸對靶 mRNA 或DNA 進行 PET 顯像，均屬於直接顯像範疇。由於直接顯像採用靶特異性探針直接對靶進行顯像，方法簡便，因而廣泛應用於顯像特異性分子-遺傳學靶的高特異性正電子核素標記分子探針的研究。但是，直接顯像需要針對各種靶分子研製特異性的分子探針，不僅耗資，而且耗時 ^[4]  。

間接顯像是基於特異性 PET 報告探針與相應靶分子報告基因產物作用而間接對感興趣目標報告基因表達進行顯像，因涉及多種因素，較為複雜。報告基因表達 PET 顯像是目前最常用的一種間接顯像方法，必須具備報告基因和報告探針兩因素，且報告探針與報告基因表達產物間應具有特異性相互作用。報告基因表達 PET顯像主要有酶報告基因表達 PET 顯像和受體(或轉運蛋白) 報告基因表達 PET 顯像兩種方法。由於一種報告基因的特異性報告探針用於該報告基因偶合的各種感興趣目標基因(如治療基因)的測定，能對多種不同的生物和分子-遺傳學過程進行 PET 顯像，不需要針對不同報告基因-報告探針系統研製不同特異性 PET 分子探針；另外，研究報告基因的構建遠比研製新的 PET 分子探針簡便，且報告基因表達顯像比新的 PET 分子探針應用於臨牀更快。因而間接顯像比直接顯像耗時少、耗資低 ^[4]  ，這是目前導致報告基因表達 PET 顯像廣泛應用於分子顯像研究的主要原因。替代顯像不是利用 PET 分子探針和靶的特異性相互作用，而是用現已使用的 PET 顯像劑和 PET 顯像方法對特異的內源性分子-遺傳學過程進行顯像，用於對諸如癌症等疾病發生特異的內源性分子-遺傳學過程變化所產生的下游生理生化效應進行監測，因而主要用於疾病治療效果的監測。

由於替代顯像可應用現已研製成功並已用於人體的PET 分子探針進行分子顯像，因而是三種顯像方法中最為簡便的一種，且耗時耗資最低。另外，因直接顯像和間接顯像只是用於起始臨牀研究，而替代顯像可直接應用於近期臨牀研究，從而倍受人們重視。然而，替代顯像具有特異性差的缺點 ^[4]  。例如，多巴胺 D2受體(D2R)顯像劑 ¹⁸F-fluoroethylspiperone(¹⁸F-FESP)應用於分子顯像研究就是一個典型的例子。最初，¹⁸F-FESP 是作為對多巴胺 D2 受體進行直接顯像的標記配體而研製的，經過數年研究後才被認證為 D2R 顯像劑，用於帕金森氏病鑑別診斷。目前，¹⁸F-FESP 正用作為 D2R 報告基因 PET 分子探針，用於 D2R 報告基因表達 PET 顯像實驗研究，進一步用於臨牀D2R報告基因表達間接顯像尚需進一步認證。但是，¹⁸F-FESP 卻很快用作為替代顯像分子探針，用於帕金森氏病療效監測和新藥研究評價。另一個例子就是 FDG，FDG 是一種針對糖代謝酶活性進行直接顯像的 PET 顯像劑，經過數十年認證後才廣泛用於腫瘤、心臟疾病及腦部疾病的鑑別診斷。FDG 也可作為替代顯像分子探針，用於腫瘤基因治療效果的監測，但它對基因表達顯像缺乏特異性，因而不能用於腫瘤基因治療時基因表達的監測。

PET 應用於蛋白質功能分子顯像主要體現在己糖激酶和葡萄糖轉運蛋白表達顯像、細胞增殖和內源性胸腺嘧啶激酶顯像、膽鹼激酶顯像、生長抑制素等多肽受體顯像及多藥耐藥 P-糖蛋白顯像等 ^[3]  。

FDG 能用於己糖激酶和葡萄糖轉運蛋白表達的 PET 顯像 ^[10]  。現有資料表明，FDG攝取與葡萄糖轉運蛋白 Glut 1 表達水平的相關性比與己糖激酶活性的相關性更好，測定 Glut 1 表達在疾病的鑑別診斷方面可能更有優勢。此外，¹⁸F-3’-脱氧-3’-氟代胸腺嘧啶(FLT)是測定細胞增殖和內源性胸腺嘧啶激酶活性最常用的正電子顯像劑，FLT 由核苷轉運蛋白體轉運到細胞內，在內源性胸腺嘧啶激酶作用下發生磷酸化，滯留於組織細胞中，用於多種腫瘤的鑑別診斷 ^[11]  。

PET 分子顯像是分子影像學最重要的前沿研究領域，在人類基因組計劃診斷顯像研究中佔有十分重要的地位。基因表達 PET 顯像主要包括反義 PET 顯像(直接顯像)和報告基因表達 PET 顯像(間接顯像)兩種方法 ^[4]  [3, 7, 15, 16]。利用正電子核素標記某一特定序列的反義寡脱氧核苷酸(RASON)作為 PET 顯像劑，經體內核酸雜交與相應的靶 mRNA結合，通過 PET 顯像，顯示基因異常表達組織，反映目標 DNA 轉錄情況 ^[6]  。反義 PET 顯像是一種內源性基因表達顯像，在這兩種方法中尤為重要，但反義顯像難度更大。報告基因表達顯像又稱轉基因表達顯像，其研究進展遠比反義 PET 顯像迅速。報告基因表達顯像系統必須具備兩個基本要素，即 PET報告基因和 PET 報告探針(顯像劑)。PET 報告探針常用的正電子放射性核素為 ¹²⁴I 和 ¹⁸F，其中以 ¹⁸F最為常用。報告基因表達 PET 顯像技術又分為酶介導報告基因表達 PET 顯像系統和受體介導報告基因表達 PET 顯像系統兩類 ^[12]  。對於酶介導 PET 顯像系統，其報告基因表達的蛋白質產物是一種酶，報告探針是正電子放射性核素標記酶底物，其作用機制為底物與特異性酶作用發生磷酸化或脱胺基反應。

受體 PET 顯像(直接顯像)是分子影像學研究的重要領域 ^[6]  。研究較多的受體系統有多巴胺能神經系統、5-羥色胺能神經系統(包括羥色胺能受體顯像和 5-羥色胺能轉運蛋白顯像)、乙酰膽鹼能受體、腎上腺素能受體、苯並二氮卓受體、阿片受體、雌二醇受體等 ^[13]  ，其中研究最多的是多巴胺能神經系統。

PET是目前惟一可在活體上顯示生物分子代謝、受體 ^[1]  及神經介質活動的新型影像技術，現已廣泛用於多種疾病的診斷與鑑別診斷、病情判斷、療效評價、臟器功能研究和新藥開發等方面。

（1）靈敏度高。PET是一種反映分子代謝的顯像，當疾病早期處於分子水平變化階段，病變區的形態結構尚未呈現異常，MRI、CT檢查還不能明確診斷時，PET檢查即可發現病灶所在，並可獲得三維影像，還能進行定量分析，達到早期診斷，這是目前其它影像檢查所無法比擬的。

（2）特異性高。MRI、CT檢查 ^[14]  發現臟器有腫瘤時，是良性還是惡性很難做出判斷，但PET檢查可以根據惡性腫瘤高代謝的特點而做出診斷。

（3）全身顯像。PET一次性全身顯像檢查便可獲得全身各個區域的圖像。

（4）安全性好。PET檢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分鐘左右，長的在120分鐘左右），經過物理衰減和生物代謝兩方面作用，在受檢者體內存留時間很短。一次PET全身檢查的放射線照射劑量遠遠小於一個部位的常規CT檢查，因而安全可靠。

（1）腫瘤病人。目前PET檢查85%是用於腫瘤的檢查 ^[14]  ，因為絕大部分惡性腫瘤葡萄糖代謝高，FDG作為與葡萄糖結構相似的化合物，靜脈注射後會在惡性腫瘤細胞內積聚起來，所以PET能夠鑑別惡性腫瘤與良性腫瘤及正常組織，同時也可對復發的腫瘤與周圍壞死及瘢痕組織加以區分，現

多用於肺癌、乳腺癌、大腸癌、卵巢癌、淋巴瘤，黑色素瘤等的檢查，其診斷準確率在90%以上。這種檢查對於惡性腫瘤病是否發生了轉移，以及轉移的部位一目瞭然，這對腫瘤診斷的分期，是否需要手術和手術切除的範圍起到重要的指導作用。據國外資料顯示，腫瘤病人術前做PET檢查後，有近三分之一需要更改原訂手術方案。在腫瘤化療、放療的早期，PET檢查即可發現腫瘤治療是否已經起效，併為確定下一步治療方案提供幫助。有資料表明，PET在腫瘤化療、放療後最早可在24小時發現腫瘤細胞的代謝變化。

（2）神經系統疾病和精神病患者 ^[15]  。可用於癲癇灶定位、老年性痴呆早期診斷與鑑別、帕金森病病情評價以及腦梗塞後組織受損和存活情況的判斷。PET檢查在精神病的病理診斷和治療效果評價方面已經顯示出獨特的優勢，並有望在不久的將來取得突破性進展。在艾滋病性腦病的治療和戒毒治療等方面的新藥開發中有重要的指導作用。

（3）心血管疾病患者。能檢查出冠心病心肌缺血的部位、範圍，並對心肌活力準確評價，確定是否需要行溶栓治療、安放冠脈支架或冠脈搭橋手術。能通過對心肌血流量的分析，結合藥物負荷，測定冠狀動脈儲備能力，評價冠心病的治療效果 ^[16]  。

由於核醫學技術的特點，PET在精度方面有一定的限制，在定位方面有一定的限制。為此，我們考慮將該設備的結果同放射學的結果綜合考慮。但是如果掃描時間不同，密度小的組織狀態不穩定，將兩種設備圖像融合的結果經常不太精確。

從2000年開始，業界解決了PET和CT ^[17]  設備整合，同步掃描的問題。PET/CT不僅能夠解決同步掃描的問題，同時，通過CT掃描得到密度圖，用於散射校正，可以極大地提高精度和診斷準確率。目前最先進的設備可以達到52環PET同64層CT整和（如西門子公司的Biograph64），通過同心電圖的同步（術語叫門控），以及考慮到心率不齊的手動ECG編輯重建，可以用於心臟機能和惡性病變的精確定位。

目前，有公司正在試驗核磁共振MR同PET的整合設備，叫做MR/PET ^[18]  ，該設備可以充分整合MR在軟組織密度探測方面的能力和PET在分子程度的探測能力，對於腦和神經系統疾病方面的診斷將有着非常重要的表現，值得期待。

雖然PET有以上諸多的優點，但仍存在如下不足：（1）對腫瘤的病理性質 ^[19]  的診斷仍有一定侷限性，如，對於炎症的特異性不好。（2）檢查者需要有較豐富的經驗，尤其對是對不同體形不同診斷需要的患者採用何種檢查體位，注射多少核素等問題需要積累經驗，另外讀片者有時候必須同時兼具放射科和核醫學科的知識。（3）檢查費用昂貴，目前做一次全身PET檢查需花費一萬元左右，不易推廣。

PET 分子影像技術將隨着 PET 影像設備、PET放射化學及分子生物學的發展而不斷獲得新的進展。功能代謝型影像設備與解剖型影像設備的結合是目前影像設備發展的最大成就，PET/CT 在臨牀上的應用進一步提高了疾病診斷的準確率，小動物PET(如 microPET)研製成功並應用於小動物(如小鼠)顯像，為連接實驗科學和臨牀科學提供了橋樑。進一步研製新型PET/MRI和小動物PET/CT ^[17]  或 MRI掃描儀 ^[19]  是將來影像設備發展的必然趨勢。分子生物學發展突飛猛進，特別是人類基因組計劃的完成，為 PET 分子影像學的發展注入了活力。PET 放射化學的發展使在短時間內合成高比活度和高放射性的正電子核素標記分子探針成為可能，從而可為 PET分子影像學發展提供各種特異性的分子探針。儘管PET 分子影像學已取得巨大進展，但是，PET 分子影像學仍不夠成熟，正處於不斷髮展中 ^[20]  。PET 分子影像學在我國嚴重滯後於臨牀 PET 影像學，發展PET 分子影像學是我國核醫學工作者將來面臨的巨大挑戰。