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造影 PET与SPECT 正子射出断层摄影 PositronEmissionTomography 单光子射出计算机断层摄影 SinglePhotonEmissionComputedTomography PET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 影像已移除 放射核种 SI单位是贝克 Bq 1Bq 1dps 每秒中的分裂次数 旧单位是居里 Ci 1Ci 3 7 1010dps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 半衰期 dN dt N t N t N0e tA t A0e t 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 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TPTBTE6hr1hr0 86hr6hr6hr3hr6hr60hr5 5hr6hr600hr5 9hr 有效半衰期 假设有106Bq集中在肿瘤所在地 不同半衰期 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 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 放射性核种的制造 影像已移除 放射性核种的制造 影像已移除 放射性核种的制造 回旋加速器的制造 荷电粒子的撞击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 放射性核种的制造 影像已移除 理想诊断用核医药物的特性 纯加马发射体加马能量介于100至250keV之间有效半衰期 1 5倍的检验期间靶 非靶比值高对病人与核医工作人员的辐射剂量低对病患是安全的化学反应性不昂贵 有实际效用的核医药物制备简单且若在一般院内制造能有质量控制 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 99mTc 半衰期 6hr几乎是个纯 射线发射体E 140keV能获得高的比活度与无载体 核种 99mTc是核分裂产物99Mo的蜕变产物 影像已移除 99mTc 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 99mTc的蜕变图 99Mo以放出 蜕变成99mTc 99Mo T 67hrs 99mTc激态藉由放出 140keV 蜕变到基态99Tc 99mTc T 6hrs 99Tc 基态 藉由放出 蜕变至99Ru 稳定同位素 99Tc T 2 105年 影像已移除 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N1 N2T1 T2 但差不大 A N A A0e t 1N1 2N2 A2 A10 A20 简单假设 A20 0 在 10半衰期之后 或 放射活性蜕变 例 99Mo T 67hrs 99mTc T 6hrs 影像已移除Fig 4 5inTurnerJ E Atoms Radiation andRadiationProtection 2nded NewYork Wiley Interscience 1995 99mTc产生器 99Mo对一氧化铝柱吸收成为钼酸铵 NH4MoO4 99Mo T 67hrs 蜕变 以 蜕变 成99mTc T 6hrs 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 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 影像已移除鎝泮替酸盐 pentetate 键结结构 DTPA 螯合物 影像已移除 放射核种的产生 回旋加速器的备制 产物为质子较多 中子缺乏 以 蜕变 正子发射物 影像已移除 核素图 有机 元素13N 13N NH315O 15O H2O11C 11C 种类繁多18F 18F FDG 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 回旋加速器的生产 靶O 15 14N d n 15O 氘核打击在天然N2气上 直接产生15O2或C15O2 以5 载体CO2气体混合 C 11 14N p 11C 质子打击在天然N2气上 加入2 O2 产生11CO2N 13 16O p 13N 质子打击在蒸馏水上F 18 18O p n 18F 质子打击在富含18O之水 H218O 氟回收为液态溶液 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 PET核医药物 影像已移除 PET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 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PaulEhrlich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 血脑障壁 BBB 功能提供神经元所需的养分葡萄糖唯一的能量来源 成人脑部消耗量约每天100g葡萄糖 神经元需要在精确地浓度下获得持续的供给BBB有选择性葡萄糖与其它养分可以穿过蛋白质 碳水复合物 所有其它外来化合物都被排除在外离子浓度被严格调控 影像已移除 药物传送 肿瘤没有血脑障蔽的机制 影像已移除 投药策略 新陈代谢路径 FDG2 氟 2 脱氧葡萄糖B D 葡萄糖 投药策略 新陈代谢路径 FDG被运送到细胞中 FDG被磷酸化成FDG 6P 带电荷分子不能扩散出去 FDG是无法被酵素催化而进一步糖酵解的物质 影像已移除 Glu G6P F6P FBP 地图化人类脑部功能 18F FDGPET扫描显示葡萄糖代谢与不同任务之关连的不同图样 影像已移除 FDG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 投药策略 新陈代谢路径 PET可提供较高的特定新陈代谢信息 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 uracil FLT3 deoxy 3 fluoro 18F L thymidine 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 肿瘤复发vs放射治疗后的的变化 有FDG摄入意味着肿瘤复发左 MRI中 PET右 融合影像 影像已移除 功能性造影 肿瘤vs功能性脑部11C MET MRI描绘肿瘤 绿 15O H2OPET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 15O H2OPET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 复发肿瘤vs坏死 MRI 右 指出坏死11C MET 左 显示肿瘤复发 影像已移除 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 骨骼扫描 骨骼扫描是第二常见的核医检查临床应用 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 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 骨骼 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 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 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 O OH P O O O O 焦磷酸盐 pyrophosphate HO P C OH P O O O O 双磷酸盐 biophosphate R2 R1 骨骼扫描 正常儿童骨骼扫描 影像已移除 骨骼扫描 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 活跃的转移性疾病 41岁男性 肺癌患者 在右上肱骨疼痛 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 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 心脏造影 影像已移除 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 基因治疗 影像已移除 基因治疗 利用PET来确认基因表现的方向FIAUPET讯号特别维持了68小时 左 意味着受HSVTK 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 HSVTK全名HerpesSimplexVirus thymidinekinase 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 PET在物质滥用的研究 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 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用沮丧 影像已移除 脑部功能 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 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 药物成瘾性 控制1周戒毒3个月戒毒 影像已移除 FDGPET 低额叶新陈代谢或许会构