PET/CT在炎症显像中的应用

　　【摘要】  PET/CT是目前医学影像诊断最先进的设备之一。它将正电子发射断层显像（PET）与计算机断层摄影术（CT）进行同机图像融合，保证了功能代谢显像的可靠性，且提高了影像定位诊断的准确性。本文简要介绍了PET/CT的发展、原理以及在炎症显像中的应用。

　　【关键词】  PET/CT；图像融合；代谢；定位
   
　　The　applications of PET/CT in inflammation

　　ZHAO Fu-Kuan，PAN Shang-ren.

　　Jiangsu Institute of Nuclear Medicine，Key Laboratory of Nuclear Medicine，Wuxi 214063，China

　　【Abstract】  PET/CT is one of the latest Medical imaging system. PET/CT can not only provide high quality attenuation correction map，assuring reliable data correction of position emission  metabolic image，but also can perform image fusion with integrated CT and PET. It improves the accuracy of localization in metabolic imaging. The developing process and the principle of PET/CT，preliminary clinical applications in inflammation are summarized briefly in this paper.

　　【Key words】  PET/CT；image fusion；metabolism image；localization

　　核医学，又称原子（核）医学，是一门利用开放型放射性核素诊断和治疗疾病的学科，是核技术在医学领域的应用，也是人类和平利用原子能的一个重要方面。核医学的任务是用核技术诊断、治疗和研究疾病。核医学的显像方法简单、灵敏、特异、无创伤性、安全（病人所受辐射剂量低于一次X线摄片所受剂量）、易于重复、结果准确、可靠，并能反映脏器的功能和代谢，因此在临床和基础研究中的应用日益广泛。随着计算机技术的高速发展，核素断层显像技术在研究人体脏器功能、代谢以及在分子水平的疾病研究等方面也取得了飞速的发展。
    
　　PET/CT 是目前国际上最尖端的医学影像诊断设备，也是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医学影像技术，是核医学最高水平的标志。它将正电子发射断层显像（PET）技术和计算机断层摄影术（CT）组合到同一设备上，将前者功能代谢显像的优势与后者解剖形态显示的优势结合在一起，从而对病变的定位和定性诊断都更加准确。核医学过去曾被戏称为“不清楚医学”，PET图像与诊断CT扫描图像的全面融合和记录将对其大为改善，使核医学成为“清楚医学”，为临床医生提供真正的清晰影像，增强诊断信心；同时患者将更接近“一站式”服务，一次预约就能享受无缝诊治过程。
    
　　目前我国PET/CT的占有量在亚洲居第1位，至2004年底，已安装并投入运行的PET/CT共30余台，且2005年有大幅增长趋势。下面简要介绍一下PET/CT的发展历程、原理及在临床炎症显像的应用。

　　1  PET/CT的发展简介
    
　　继1973年Phelps Hoffman 和Ter Pogossian 研制成第一台原型PET扫描机后，1977年首台全身PET扫描机正式推出。1985年首次形成了PET扫描机的程序系统，发明并使用高等数学和物理进行多重图像分解。1986年首台自屏蔽、计算机控制负离子回旋加速器出品。我国从1983年始由中国科学院高能物理所研制PET技术，1986年成功制成实验样机，1990年6月广东威达集团股份有限公司与中科院高能物理研究所共同研制第一台符合临床要求的正电子发射断层成像装置，于1992年10月交付北京中日友好医院临床使用［1］。

　　20世纪90年代后期，随着图像融合技术的发展，使影像学又产生了一次飞跃。一种全新的影像学（解剖－功能影像学）形成了，其代表性设备为 PET/CT。1998年，第一台专用PET-CT 的原型机安装在匹兹堡大学(University of Pittsburg) 医学中心。这台原型机是与CTI PET Systems (CPS) 合作研制的，并获美国国立肿瘤研究所(NCI)资助［2］。
    
　　PET-CT的出现正赶上一个非常好的时期。自1998 年始，美国开始将PET 检查逐项列入医疗保险。至2003年10月，肺癌等8种肿瘤、冠心病(心肌灌注和代谢显像) 以及难治性癫痫均已纳入报销范围。这大大促进PET技术走向临床，同时也刺激PET-CT 技术的迅速发展。PET-CT技术的迅速发展既使得核医学领域充满活力，也引起放射医学界的极大兴趣。因此，PET-CT 在短短数年内迅速发展，并不断更新。虽然PET-CT在2000年底才正式商品化，但到2003年，其销售份额已占整个PET的65%，2004年这一数值已增长到约95%。
    
　　目前，主要有三个厂家提供商品化PET－CT［3，4］： Siemens 公司和CTI公司合作生产，分别取名为Biograph和Reveal系列；GE公司提供Discovery　LS 和Discovery ST 系列；Philips 公司的Gemini 型PET - CT。

　　2  PET/CT原理
    
　　PET/CT的工作原理是把PET和CT两者的硬件和软件有机地结合在一起，所显示的图像为两者图像融合的结果。工作时，其CT球管发射X线，穿透人体组织，其探测器获得的数据不仅用于重建CT图像，同时提供给PET作为衰减校正的参数，在此基础上再进行PET图像的重建。
    
　　PET/CT中PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素，如18F、13N、15O、11C等作为示踪剂注入人体，参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素，利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子，被探头的晶体所探测，经过计算机对原始数据重建处理，得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心、全身其他器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。
    
　　PET/CT中的CT通常采用单排至16排的多排螺旋CT。螺旋CT有2种基本的扫描方式：HQ（High Quality，高质量图像模式）和HS(High Speed，快速图像扫描模式)。多排CT与单排CT的螺距因从1提高至1.5，故多排CT的扫描速度较单排CT的扫描速度提高了1.5～3倍，从而使X线辐射剂量减少了50%～60%。快速多层扫描CT的图像质量比单排CT提高了2倍以上，提高了与PET一体化，但也可分割使用。
    
　　PET/CT 从根本上解决了核医学图像解剖结构不清楚的缺陷，同时又采取X线CT图像对核医学图像进行全能量衰减校正，使核医学图像真正达到定量的目的，提高了诊断的准确性。PET与CT的结合还可大大缩短PET的检查时间，从而提高仪器和正电子药物的使用效率，同时也方便了病人。临床实践证明，核医学影像和X线CT相结合将是整个核医学影像设备发展的方向，21世纪已迈入分子核医学新纪元，这种新颖的成像设备将成为本世纪最重要的影像设备。

　　3  PET/CT在炎症显像中的应用
    
　　目前PET/CT的主要应用领域还是肿瘤的诊断和分期，也已开始指导肿瘤的放疗计划，以及进行治疗评估。随着多排高速CT的引入，PET/CT在心脏疾病方面也将有很大发展，如将血管狭窄、钙化与供血区域的血流、代谢改变结合起来进行分析和诊断。在炎症显像方面，PET/CT的应用报道还不是很多。
    
　　核素炎症显像是在炎症形态学改变前的早期阶段即定位病灶，其原理是利用炎症发生后病灶局部发生的变化：(1)血流量增加；(2)由于炎症介质的作用，血管通透性升高；(3)白细胞（WBC）在趋化因子和粘附分子的作用下穿过血管壁到达炎症灶。
    
　　理想的炎症显像剂应既能在炎症病灶大量沉积，又能在血液中快速清除；标记核素物理特性好，标记方法简便，进入体内无副反应；探测炎症病灶的准确性高。目前炎症显像常用核素为99ｍTc和111In。111In标记药物的最佳显像时间一般为24ｈ，甚至需追加48ｈ显像；99ｍTc标记药物2～4ｈ显像可获得理想影像；正电子核素标记药物1ｈ显像即可获得满意结果。目前临床上常用的炎症显像剂是标记白细胞，核素标记白细胞显像探测急、慢性炎症病灶灵敏度高、特异性强，素有金标准之称，但需采血、分离、标记过程复杂、操作复杂，又易发生交叉感染。随着PET/CT出现，利用炎症病灶活动期抗原特异性的表达或已有的抗生素药物，研究新的正电子核素显像药物，从分子水平进行显像将是发展方向。

　　4  主要PET药物炎症显像

　　4.1  18F－FDG（18F－氟代脱氧葡萄糖）PET［5］  18F－FDG是临床最常用的正电子放射性药物。由于炎症病灶局部的粒细胞和巨噬细胞的葡萄糖代谢相当高，所以18F－FDG可沉积炎症病灶。18F－FDG　PET现已被用于多种感染病灶的研究，其诊断灵敏度和特异性均超过90%。尤其在骨髓炎的定位诊断中，18F－FDG　PET能鉴别出骨髓炎、脊椎炎和骨周围软组织感染。PET具有较高分辨率，18F－FDG能在感染病灶快速沉积，18F－FDG　PET无疑明显优于现有的其他炎症显像技术。

　　4.2  18Ｆ-levofloxacin　PET［6］   左旋氧氟沙星(levofloxacin)属第3代喹诺酮类抗生素，通过抑制细菌DNA消旋酶达到广谱抗菌作用。喹诺酮类抗生素的核素标记物是近年来炎症显像剂的热点，结合PET的高分辨率、高灵敏度及CT的定位性可提高诊断的准确性。18Ｆ- levofloxacin PET显像无需采血，生物分布结果示注射后1ｈ炎症病灶摄取即达峰值；18Ｆ- levofloxacin显像与白细胞绝对数量无关，因此对中性白细胞减少症患者也可使用。与其他炎症显像剂不同，18Ｆ- levofloxacin被正常骨髓摄取很少，因此也可用于脊柱和近端四肢的炎症显像。另18Ｆ- levofloxacin仅在细菌感染部位浓聚，可鉴别感染和非感染性炎症，还可评估与随访levofloxacin的治疗效果，是一较有潜力的炎症显像剂。

　　5  展望
    
　　目前，核医学已迈进PET时代，随着PET-CT商业上的巨大成功和应用范围的迅速扩大，很可能会促进PET与MRI融合设备的尽快推出和迅速发展。此外，还将促进用于小动物研究的PET-CT 和PET-MRI技术的发展。临床正在使用的SPECT-CT技术也可能因PET-CT的发展而受益。但核医学的发展光靠仪器是不行的，只有结合特异的放射性药物才能真正为临床提供全新的预防、诊断和治疗手段。

　　【参考文献】

　　1  严汉民.核医学影像设备的发展与临床应用.医疗设备信息，2003，18（8）：1－2，12.

　　2  朱朝晖.PET－CT技术的发展现状与展望.现代仪器，2004，4：6－11.

　　3  Townsend DW，Carney JP，Yap JT，et al. PET/CT today and tomorrow. J Nucl Med，2004，45(Suppl 1)：4-12.

　　4  Townsend DW，Beyer T，Blodgett TM. PET/CT scanners： A hardware approach to image fusion. Semin Nucl Med，2003，33(3)：193-204.

　　5  陈王景，吴华.核素炎症显像的研究进展.国外医学·放射医学核医学分册，2003，27(3)：107-110.

　　6  袁志斌，Katsumi T，Nasim K，et al.炎症显像剂18Ｆ-ｌｅｖｏｆｌｏｘａｃｉｎ的标记与动物实验.中华核医学杂志，2004，24(5)：317.　

　　(编辑：守  中)

　　作者单位： 214063 江苏无锡，江苏省原子医学研究所，卫生部核医学重点实验室