1、造影造影PETPET和和SPECTSPECTPET与与SPECT理想造影核种的特性：生物、化学、物理性质放射核种的制造核分裂荷电粒子撞击Tc-99m产生器化学螯合剂 vs 有机化学输送策略血脑障壁新陈代谢路径化学亲和力临床应用肿瘤造影与分期心脏造影基因治疗脑功能多巴胺路径成瘾造影PET和SPECT2造影造影影像已移除造影PET和SPECT3放射核种放射核种SI 单位是贝克(Bq)1 Bq=1 dps(每秒中的分裂次数)旧单位是居里(Ci)1 Ci=3.71010 dps活度(A)=蜕变率N0=在时间t=0 时的放射核种数目N(t)是在时间 t 时放射核种的数目是蜕变常数=0.693/T (T=
2、半衰期)dN/dt=-N(t)N(t)=N0e-tA(t)=A0e-t造影PET和SPECT4有效半衰期有效半衰期物理半衰期TP 放射活性蜕变生物半衰期TB 从体内清出A=A0A=A0 P B=E 或tphysetbioletBPe)(PBETTT111BPBPTTTT造影PET和SPECT5有效半衰期有效半衰期范例：一种有6小时半衰期的同位素附在不同生物半衰期的载体分子上TPTBTE6 hr1 hr0.86 hr6 hr6 hr3 hr6 hr60 hr5.5 hr6 hr600 hr5.9 hr造影PET和SPECT6有效半衰期有效半衰期假设有106 Bq集中在肿瘤所在地不同半衰期核种半衰
3、期(T)(sec-1)N16 sec0.1158.7 x 10726 min1.75 x 10-35.7 x 10936 hrs3.2 x 10-53.1 x 101146 days1.3 x 10-67.7 x 101256 years4 x 10-92.5 x 1015造影PET和SPECT7有效半衰期有效半衰期假设放射性核种有106 个原子集中在肿瘤所在地不同半衰期T核种半衰期(T)(sec-1)活性(Bq)16 sec0.1151.15 x 10926 min1.75 x 10-31.7 x 10736 hrs3.2 x 10-53.2 x 10646 days1.3 x 10-61.
4、3 x 10456 years4 x 10-940造影PET和SPECT8放射性核种的制造放射性核种的制造反应器产生核分裂重的核种(A 230)捕获一个中子：倾向分裂子核种约有母核种质量之一半产生无载体(carrier-free)的核种纯化是可行的(化学方法困难)一般生成的核种为中子较多且以-发射的方式蜕变*carrier-free:只有放射性核种存在无稳定核种同时存在者造影PET和SPECT9放射性核种的制造放射性核种的制造影像已移除造影PET和SPECT10放射性核种的制造放射性核种的制造影像已移除造影PET和SPECT11放射性核种的制造放射性核种的制造回旋加速器的制造：荷电粒子的撞击
5、加速荷电粒子至高能状态 核反应有低限能量 产物与靶并不同 产生的核种为无载体造影PET和SPECT12放射性核种的制造放射性核种的制造影像已移除造影PET和SPECT13理想诊断用核医药物的特性理想诊断用核医药物的特性1.纯加马发射体2.加马能量介于100至250 keV之间3.有效半衰期=1.5倍的检验期间4.靶非靶 比值高5.对病人与核医工作人员的辐射剂量低6.对病患是安全的7.化学反应性8.不昂贵、有实际效用的核医药物9.制备简单且若在一般院内制造能有质量控制造影PET和SPECT14理想诊断用核医药物的特性理想诊断用核医药物的特性有一核种接近所谓的理想加马发射体核种鎝-99m(99mT
6、c)半衰期=6 hr 几乎是个纯射线发射体 E=140 keV 能获得高的比活度与无载体造影PET和SPECT15核种核种99mTc是核分裂产物99Mo的蜕变产物影像已移除99mTc造影PET和SPECT16核种表核种表99mTc原始来源：Brookhaven国家实验室(此网站已不再有人维护-见http:/www2.bnl.gov/CoN/)造影PET和SPECT1799mTc的蜕变图的蜕变图99Mo以放出蜕变成99mTc(99Mo：T=67 hrs)99mTc激态藉由放出(140 keV)蜕变到基态99Tc(99mTc：T=6 hrs)99Tc(基态)藉由放出蜕变至99Ru(稳定同位素)(9
7、9Tc：T=2105年)影像已移除造影PET和SPECT18放射活性平衡放射活性平衡母核N1蜕变成子核N2两者皆具放射性。特殊例子：瞬时平衡N1N2T1 T2但差不大。A=NA=A0e-t dtdN2te2te1te2=1N12N2 =A2=A10()+A20简单假设：A20=0：在10半衰期之后 te2te1teAA1121102teAA110112112 AA12112AA或造影PET和SPECT19放射活性蜕变放射活性蜕变例：例：99Mo(T=67 hrs)99mTc(T=6 hrs)影像已移除Fig.4.5 in Turner J.E.Atoms,Radiation,and Radia
8、tionProtection,2nd ed.New York:Wiley-Interscience,1995.造影PET和SPECT2099mTc产生器产生器99Mo对一氧化铝柱吸收成为钼酸铵(NH4MoO4)99Mo(T=67 hrs)蜕变(以蜕变)成99mTc(T=6 hrs)99MoO4离子变成99mTcO4(过鎝酸盐,pertechnetate)离子(化性上不同)99mTcO4对氧化铝的键结亲和力较低且可将生理食盐水通过氧化铝柱来作选择性洗涤。影像已移除造影PET和SPECT21螯合物螯合物EDPA乙烯二氨四醋酸影像已移除99mTc巯替肽(Mertiatide)键结结构影像已移除鎝泮替
9、酸盐(pentetate)键结结构DTPA造影PET和SPECT22螯合物螯合物影像已移除造影PET和SPECT23放射核种的产生放射核种的产生回旋加速器的备制产物为质子较多、中子产物为质子较多、中子缺乏缺乏以以+蜕变蜕变正子发射物正子发射物影像已移除造影PET和SPECT24核素图核素图“有机有机”元素元素13N13NNH315O15OH2O11C 11C.种类繁多种类繁多18F 18FFDG(主要主要)原始来源：Brookhaven国家实验室(网址已不再有人维护-见http:/www2.bnl.gov/CoN/)造影PET和SPECT25回旋加速器的生产回旋加速器的生产靶靶O-15：14N
10、(d,n)15O;氘核打击在天然氘核打击在天然N2气上气上;直接产生直接产生15O2 或或 C15O2,以以5%载体载体CO2 气体混合。气体混合。C-11:14N(p,)11C;质子打击在天然质子打击在天然N2气上气上;加入加入2%O2,产生产生 11CO2N-13:16O(p,)13N;质子打击在蒸馏水上质子打击在蒸馏水上F-18:18O(p,n)18F;质子打击在富含质子打击在富含18O之水之水(H218O),。氟回收为液态溶氟回收为液态溶液。利用亲核取代反应。液。利用亲核取代反应。F-18:20Ne(d,)18F;氘核打击在氖气上。利用亲电取代反应。氘核打击在氖气上。利用亲电取代反应。
11、造影PET和SPECT26PET核医药物核医药物影像已移除造影PET和SPECT27PET核医药物核医药物 来自靶的11CO2转换成一高反应性的甲基药剂：11CH3I或11CH3Tf 药剂蜕变至消逝时间为12分钟。放射化学产率以11CO2而言约90%可获得高于6Ci/mol(220GBq/mol)的比活度。11C-甲基化合物之各类前驱物能在几分钟内于二次反应试管中备制出来。经过甲基化后反应产物经由半备制的放射-HPLC分离出来再经固项萃取设备纯化接着放射性示踪剂形成一可注射的食盐水溶液。造影PET和SPECT28投药策略投药策略血脑障壁新陈代谢路径生物亲和力影像已移除19世纪末的德国化学家Pa
12、ul Ehrlich证实某些染料经静脉注射后无法染于脑中。相同的染料若注射到脑脊髓液会对脑部与脊髓染色但其它组织则否。造影PET和SPECT29血脑障壁血脑障壁(BBB)功功 能能提供神经元所需的养分提供神经元所需的养分葡萄糖葡萄糖 唯一的能量来源唯一的能量来源(成人脑部消耗量约每天成人脑部消耗量约每天100 g葡萄糖葡萄糖)神经元需要在精确地浓度下获得持续的供神经元需要在精确地浓度下获得持续的供给给BBB有选择性有选择性 葡萄糖与其它养分可以穿过葡萄糖与其它养分可以穿过 蛋白质、碳水复合物、所有其它外来化合蛋白质、碳水复合物、所有其它外来化合物都被排除在外物都被排除在外 离子浓度被严格调控离
13、子浓度被严格调控影像已移除造影PET和SPECT30药物传送药物传送肿瘤没有血脑障蔽的机制影像已移除造影PET和SPECT31投药策略：新陈代谢路径投药策略：新陈代谢路径FDG2-氟-2-脱氧葡萄糖 B-D-葡萄糖造影PET和SPECT32投药策略：新陈代谢路径投药策略：新陈代谢路径?FDG被运送到细胞中被运送到细胞中?FDG被磷酸化成被磷酸化成FDG-6P(带带电荷分子不能扩散出去电荷分子不能扩散出去)?FDG是无法被酵素催化而进是无法被酵素催化而进一步糖酵解的物质。一步糖酵解的物质。影像已移除Glu G6P F6P FBP造影PET和SPECT33地图化人类脑部功能地图化人类脑部功能18F
14、-FDG PET扫描显示扫描显示葡萄糖代谢与不同任务之葡萄糖代谢与不同任务之关连的不同图样。关连的不同图样。影像已移除造影PET和SPECT34FDG于肿瘤学的应用于肿瘤学的应用 FDG运输进入肿瘤的比例比周围正常组织高。FDG已去磷酸化且能离开细胞。去磷酸化肿瘤内发生的速率较慢。FDG的应用 局部未知的原发病灶 肿瘤与正常组织的鉴别 疾病的术后分期(肺脏,乳房,结直肠,黑色素瘤,头颈,胰脏)复发 vs 坏疽 复发vs 手术后的变化(以FDG受限制)监测治疗的反应造影PET和SPECT35投药策略：新陈代谢路径投药策略：新陈代谢路径PET可提供较高的特定新陈代谢可提供较高的特定新陈代谢信息。信
15、息。?FDG,MET,FLT与运输介质合作?摄入程度是肿瘤分期的指标11C-甲硫胺酸(MET)?具肿瘤特异性?避免如FDG的高脑部背景值问题?在慢性发炎或放射线造成的病灶中并无明显的摄取?对低分期的神经胶质瘤而言MEG比FDG佳FIAU2-fluoro-2-1-B-D-arabinofuranosyl-5-124I-uracilFLT3deoxy-3-fluoro-18F-L-thymidine造影PET和SPECT36神经胶质瘤的功能性造影神经胶质瘤的功能性造影造影目的 定位与周围脑部活性的关连 生物活性=恶性 对治疗的反应影像已移除造影PET和SPECT37肿瘤复发肿瘤复发 vs 放射治疗
16、后的的变化放射治疗后的的变化有有FDG摄入意味着肿摄入意味着肿瘤复发瘤复发左：MRI中：PET右：融合影像影像已移除造影PET和SPECT38功能性造影功能性造影肿瘤肿瘤 vs 功能性脑部功能性脑部11C-MET+MRI 描绘肿瘤(绿)15OH2O PET 描绘功能(血流)脑部区域的刺激造成血流增加(红)轻敲手指(A)动词产生(B)手术前分析以引导外科手术肿瘤造成脑部解剖上的肿胀与变形：勘测功能变得很关键手术中电子刺激造成失语症：与15OH2O PET的勘测地图区域关联性佳。在手术中可将信息显示在神经导引系统中影像已移除造影PET和SPECT39复发肿瘤复发肿瘤 vs 坏死坏死MRI(右右)指
17、出坏死指出坏死11C-MET(左左)显示肿瘤复发显示肿瘤复发影像已移除造影PET和SPECT40不同影像类型的影像关联性不同影像类型的影像关联性高期别神经胶质瘤：三维影像决定出：?定位?范围?新陈代谢上：MRI中：11C-MET下：18FDG注意较下方同一侧的葡萄糖新陈代谢影像已移除造影PET和SPECT41骨骼扫描骨骼扫描骨骼扫描是第二常见的核医检查骨骼扫描是第二常见的核医检查临床应用：临床应用：?原发与转移骨肿瘤的侦测?无法解释的骨痛评估?应力骨折或其它肌肉骨骼受伤或疾病之诊断例如例如膀胱癌：膀胱癌：?发生率渐增?在许多西方国家中造成多数男性患者死亡?膀胱癌死亡者有85%转移到骨骼上?新的
18、病例中有60%有转移?骨转移会造成疼痛与衰弱?骨转移的诊断是进行肿瘤分期以决定治疗方式的程序中一部份乳癌：乳癌：?骨骼是较常发生转移之处?所有病例中有8%发展出骨转移?重症病例中有70%经历骨转移造影PET和SPECT42骨骼骨骼骨骼是由在胶原基质中的氢氧碳酸钙骨骼是由在胶原基质中的氢氧碳酸钙Ca5(PO4)3OH的结晶状基质所构成的活组织的结晶状基质所构成的活组织成骨细胞：新骨骼形成、受损处的修复、是新的结晶状氢氧碳酸钙沈降的由来破骨细胞：骨骼再吸收、溶解骨骼?破骨细胞在转移肿瘤处中较活跃。造影PET和SPECT43投药策略投药策略焦磷酸盐ATP水解后的正常代谢物骨骼中磷酸盐的来源双磷酸盐?
19、对于骨骼成份中的氢氧基磷灰石(hydroxypatite)有亲合力?于骨骼再成形或修复期间会并入结晶状基质中?用以减缓或避免骨质密度流失而骨质疏松HO P OOHPOOOO焦磷酸盐(pyrophosphate)HO P COHPOOOO双磷酸盐(biophosphate)R2R1造影PET和SPECT44骨骼扫描骨骼扫描舟状骨骨折舟状骨骨折?48岁女性在跌倒时伸手撑住后手腕疼痛了两周。?X光摄影显示正常?血流(13NH3)于左手腕有增加现象(上图)?左手舟状骨骨折显现在99mTc-MDP影像中(下图)影像已移除造影PET和SPECT46活跃的转移性疾病活跃的转移性疾病41岁男性肺癌患者在右上肱
20、骨疼痛两侧肋骨疼痛了2-3个月左膝疼痛了3周。扫描检查显示多处有不正常的示踪剂摄入其中?右肱骨?肋骨多处?左股骨?尾椎与腰椎影像已移除造影PET和SPECT47惯状动脉疾病惯状动脉疾病利用PET与/或SPECT造影来获得以下信息：?灌注?新陈代谢?鉴别有生存力与无生存力的心肌造影PET和SPECT48心脏造影心脏造影影像已移除造影PET和SPECT49心脏压力试验心脏压力试验运动造成?HR(心搏率)、收缩、BP(血压)增加?O2需求增加?冠状血管扩张增加心肌血流影像已移除造影PET和SPECT50基因治疗基因治疗影像已移除造影PET和SPECT51基因治疗基因治疗利用PET来确认基因表现的方向
21、FIAU PET讯号特别维持了68小时(左)意味着受HSV TK(疱疹病毒胸腺嘧啶激素)磷酸化。相同的区域在经过Ganciclovir(一种注射药剂)治疗后显示坏死(右)。影像已移除译者注：HSV TK全名Herpes Simplex Virus-thymidine kinase为细胞自杀基因FIAU为核酸类似物，可使癌细胞在核医分子造影下显现影像造影PET和SPECT52PET在物质滥用的研究在物质滥用的研究药物滥用药物滥用?为何他们感到快乐舒服？?脑部怎样改变而造成用量增加并导致成瘾性？造影PET和SPECT53脑部功能脑部功能此系统的特定成份改变呈现出不同的疾病状态。巴金森氏症老化物质滥
22、用沮丧影像已移除造影PET和SPECT54脑部功能脑部功能定量定量PET?监测在感兴趣区域的讯号强度与时间的关系。?动脉血流同时取样可获得讯号与血液中浓度的关联性?拮抗剂阻断PET示踪剂摄入的药理剂量影像已移除造影PET和SPECT55药物成瘾性药物成瘾性?古柯碱：一种更强化的滥用药物?古柯碱与DA(DAT)再摄入运体结合?由于DAT的阻碍造成富含DA神经元的脑中区域之DA浓度效应增强(例如，基底核)。影像已移除译者注：DA即多巴胺(dopamine)造影PET和SPECT56药物成瘾性药物成瘾性控制1周戒毒3个月戒毒影像已移除FDG PET：低额叶新陈代谢或许会构成在古柯碱成瘾中控制的丧失造
23、影PET和SPECT57药物成瘾性药物成瘾性影像已移除造影PET和SPECT58古柯碱与派醋甲酯古柯碱与派醋甲酯(利他能利他能)11C-古柯碱11C-派醋甲酯?显示相同的分布?在基底核中最高(最高的DAT浓度)?与相同受器结合?冷古柯碱会阻断11C-派醋甲酯摄入?冷派醋甲酯会阻断11C-古柯碱摄入影像已移除造影PET和SPECT59古柯碱与派醋甲酯古柯碱与派醋甲酯(利他能利他能)口服派醋甲酯的药效上升速率慢而无法产生高效DAT阻断高峰静脉注射古柯碱：4-6分钟静脉注射派醋甲酯：8-10分钟口服派醋甲酯：60分钟?显示相同的分布派醋甲酯的下降速率慢并不会导致结合行为。二次剂量不会产生较高的效果。影像已移除造影PET和SPECT60
