造影PET和SPECT专题知识专家讲座

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)造影PET和SPECT专题知识第1页PET与SPECT理想造影核种特征：生物、化学、物理性质放射核种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效多巴胺路径﹐成瘾造影PET和SPECT专题知识第2页造影影像已移除造影PET和SPECT专题知识第3页放射核种SI单位是贝克(Bq) 1Bq=1dps(每秒中分裂次数)旧单位是居里(Ci) 1Ci=3.7×1010dps活度(A)=蜕变率N0=在时间t=0时放射核种数目N(t)是在时间’t’时放射核种数目λ是蜕变常数 λ=0.693/T(T=半衰期) dN/dt=-λN(t) N(t)=N0e-λt A(t)=A0e-λt造影PET和SPECT专题知识第4页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 λP＋λB=λE 或造影PET和SPECT专题知识第5页有效半衰期范例：一个有6小时半衰期同位素附在不一样生物半衰期载体分子上 TP TB TE 6hr 1hr 0.86hr 6hr 6hr 3hr 6hr 60hr 5.5hr 6hr 600hr 5.9hr造影PET和SPECT专题知识第6页有效半衰期假设有106Bq集中在肿瘤所在地﹐不一样半衰期核种半衰期(T)λ(sec-1)N16sec0.1158.7x10726min1.75x10-35.7x10936hrs3.2x10-53.1x101146days1.3x10-67.7x101256years4x10-92.5x1015造影PET和SPECT专题知识第7页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﹐不一样半衰期T核种半衰期(T)λ(sec-1)活性(Bq)16sec0.1151.15x10926min1.75x10-31.7x10736hrs3.2x10-53.2x10646days1.3x10-61.3x10456years4x10-940造影PET和SPECT专题知识第8页放射性核种制造反应器产生﹐核分裂重核种(A>230)捕捉一个中子：倾向分裂子核种约有母核种质量之二分之一产生无载体(carrier-free)核种纯化是可行(化学方法困难)普通生成核种为中子较多且以β-发射方式蜕变*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SPECT专题知识第9页放射性核种制造影像已移除造影PET和SPECT专题知识第10页放射性核种制造影像已移除造影PET和SPECT专题知识第11页放射性核种制造盘旋加速器制造：荷电粒子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一样产生核种为无载体造影PET和SPECT专题知识第12页放射性核种制造影像已移除造影PET和SPECT专题知识第13页理想诊疗用核医药品特征纯加马发射体加马能量介于100至250keV之间有效半衰期=1.5倍检验期间靶∕非靶比值高对病人与核医工作人员辐射剂量低对病患是安全化学反应性不昂贵、有实际效用核医药品制备简单且若在普通院内制造能有质量控制造影PET和SPECT专题知识第14页理想诊疗用核医药品特征有一核种靠近所谓理想加马发射体核种鎝-99m(99mTc)半衰期=6hr几乎是个纯γ射线发射体E=140keV能取得高比活度与无载体造影PET和SPECT专题知识第15页核种99mTc是核分裂产物99Mo蜕变产物影像已移除99mTc造影PET和SPECT专题知识第16页核种表99mTc原始起源：Brookhaven国家试验室(此网站已不再有些人维护-见/CoN/)造影PET和SPECT专题知识第17页99mTc蜕变图99Mo以放出β蜕变成99mTc(99Mo：T=67hrs)99mTc激态藉由放出γ(140keV)蜕变到基态99Tc(99mTc：T=6hrs)99Tc(基态)藉由放出β蜕变至99Ru(稳定同位素)(99Tc：T=2×105年)影像已移除造影PET和SPECT专题知识第18页放射活性平衡母核N1蜕变成子核N2﹐二者皆具放射性。特殊例子：瞬时平衡 N1→N2 T1>T2﹐但差不大。[A=λN﹐A=A0e-λt]=λ1N1–λ2N2=>=>A2=A10(–)+A20简单假设：A20=0：在~10半衰期之后﹐<<或造影PET和SPECT专题知识第19页放射活性蜕变例：99Mo(T=67hrs)99mTc(T=6hrs)影像已移除Fig.4.5inTurnerJ.E.Atoms,Radiation,andRadiationProtection,2nded.NewYork:Wiley-Interscience,1995.造影PET和SPECT专题知识第20页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β蜕变)成99mTc(T=6hrs)99MoO4离子变成99mTcO4(过鎝酸盐,pertechnetate)离子(化性上不一样)99mTcO4对氧化铝键结亲和力较低且可将生理食盐水经过氧化铝柱来作选择性洗涤。影像已移除造影PET和SPECT专题知识第21页螯合物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造影PET和SPECT专题知识第22页螯合物影像已移除造影PET和SPECT专题知识第23页放射核种产生盘旋加速器备制．产物为质子较多、中子缺乏．以β+蜕变．正子发射物影像已移除造影PET和SPECT专题知识第24页核素图“有机”元素13N [13N]NH315O [15O]H2O11C [11C]..种类繁多18F [18F]FDG(主要)原始起源：Brookhaven国家试验室(网址已不再有些人维护-见/CoN/)造影PET和SPECT专题知识第25页盘旋加速器生产靶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,α)11C;质子打击在天然N2气上;加入2%O2,产生11CO2N-13:16O(p,α)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,α)18F;氘核打击在氖气上。利用亲电取代反应。造影PET和SPECT专题知识第26页PET核医药品影像已移除造影PET和SPECT专题知识第27页PET核医药品来自靶11CO2转换成一高反应性甲基药剂：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%可取得高于6Ci/μmol(220GBq/μmol)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食盐水溶液。造影PET和SPECT专题知识第28页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世纪末德国化学家PaulEhrlich证实一些染料经静脉注射后无法染于脑中。相同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SPECT专题知识第29页血脑障壁(BBB)功能提供神经元所需养分葡萄糖唯一能量起源(成人脑部消耗量约天天100g葡萄糖)神经元需要在准确地浓度下取得连续供给BBB有选择性葡萄糖与其它养分能够穿过蛋白质、碳水复合物、全部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造影PET和SPECT专题知识第30页药品传送肿瘤没有血脑障蔽机制影像已移除造影PET和SPECT专题知识第31页投药策略：新陈代谢路径FDG2-氟-2-脱氧葡萄糖 B-D-葡萄糖造影PET和SPECT专题知识第32页投药策略：新陈代谢路径?FDG被运输到细胞中?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深入糖酵解物质。影像已移除Glu→G6P→F6P→FBP造影PET和SPECT专题知识第33页地图化人类脑部功效18F-FDGPET扫描显示葡萄糖代谢与不一样任务之关连不一样图样。影像已移除造影PET和SPECT专题知识第34页FDG于肿瘤学应用FDG运输进入肿瘤百分比比周围正常组织高。FDG已去磷酸化且能离开细胞。去磷酸化肿瘤内发生速率较慢。FDG应用局部未知原发病灶肿瘤与正常组织判别疾病术后分期(肺脏,乳房,结直肠,黑色素瘤,头颈,胰脏)复发vs坏疽复发vs手术后改变(以FDG受限制)监测治疗反应造影PET和SPECT专题知识第35页投药策略：新陈代谢路径PET可提供较高特定新陈代谢信息。?FDG,MET,FLT与运输介质合作?摄入程度是肿瘤分期指标11C-甲硫胺酸(MET)?具肿瘤特异性?防止如FDG高脑部背景值问题?在慢性发炎或放射线造成病灶中并无显著摄取?对低分期神经胶质瘤而言MEG比FDG佳FIAU2’-fluoro-2’-1-B-D-arabinofuranosyl-5-[124I]-uracilFLT3’deoxy-3-fluoro-[18F]-L-thymidine造影PET和SPECT专题知识第36页神经胶质瘤功效性造影造影目标定位与周围脑部活性关连生物活性=恶性对治疗反应影像已移除造影PET和SPECT专题知识第37页肿瘤复发vs放射治疗后改变有FDG摄入意味着肿瘤复发左：MRI中：PET右：融合影像影像已移除造影PET和SPECT专题知识第38页功效性造影肿瘤vs功效性脑部11C-MET+MRI描绘肿瘤(绿)[15O]H2OPET描绘功效(血流)脑部区域刺激造成血流增加(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肿胀与变形：勘测功效变得很关键手术中电子刺激造成失语症：与[15O]H2OPET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SPECT专题知识第39页复发肿瘤vs坏死MRI(右)指出坏死11C-MET(左)显示肿瘤复发影像已移除造影PET和SPECT专题知识第40页不一样影像类型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[注意较下方同一侧葡萄糖新陈代谢]影像已移除造影PET和SPECT专题知识第41页骨骼扫描骨骼扫描是第二常见核医检验临床应用：?原发与转移骨肿瘤侦测?无法解释骨痛评定?应力骨折或其它肌肉骨骼受伤或疾病之诊疗比如膀胱癌：?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?新病例中有60%有转移?骨转移会造成疼痛与衰弱?骨转移诊疗是进行肿瘤分期以决定治疗方式程序中一部份乳癌：?骨骼是较常发生转移之处?全部病例中有8%发展出骨转移?重症病例中有70%经历骨转移造影PET和SPECT专题知识第42页骨骼骨骼是由在胶原基质中氢氧碳酸钙Ca5(PO4)3OH结晶状基质所组成活组织成骨细胞：新骨骼形成、受损处修复、是新结晶状氢氧碳酸钙沈降由来破骨细胞：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SPECT专题知识第43页投药策略焦磷酸盐ATP水解后正常代谢物骨骼中磷酸盐起源双磷酸盐?对于骨骼成份中氢氧基磷灰石(hydroxypatite)有亲协力?于骨骼再成形或修复期间会并入结晶状基质中?用以减缓或防止骨质密度流失而骨质疏松HO—P—O—OHP—O∥｜O–O∥｜O–焦磷酸盐(pyrophosphate)HO—P—C—OHP—O∥｜O–O∥｜O–双磷酸盐(biophosphate)｜R2R1｜造影PET和SPECT专题知识第44页骨骼扫描正常儿童骨骼扫描影像已移除造影PET和SPECT专题知识第45页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(下列图)影像已移除造影PET和SPECT专题知识第46页活跃转移性疾病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。扫描检验显示多处有不正常示踪剂摄入其中?右肱骨?肋骨多处?左股骨?尾椎与腰椎影像已移除造影PET和SPECT专题知识第47页惯状动脉疾病利用PET与/或SPECT造影来取得以下信息：?灌注?新陈代谢?判别有生存力与无生存力心肌造影PET和SPECT专题知识第48页心脏造影影像已移除造影PET和SPECT专题知识第49页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SPECT专题知识第50页基因治疗影像已移除造影PET和SPECT专题知识第51页基因治疗利用PET来确认基因表现方向FIAUPET讯号尤其维持了68小时(左)意味着受HSVTK(疱疹病毒胸腺嘧啶激素)磷酸化。相同区域在经过Ganciclovir(一个注射药剂)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造影PET和SPECT专题知识第52页PET在物质滥用研究药品滥用?为何他们感到高兴舒适？?脑部怎样改变而造成用量增加并造成成瘾性？造影PET和SPECT