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PET肿瘤代谢显像
 

     PET在肿瘤学的应用日益广泛,其临床价值已得到确认。目前世界各地PET临床检查对象85%以上为肿瘤患者。利用各类不同的显像剂或放射性药品,PET可灵敏而准确地显示肿瘤细胞的摄取、代谢、蛋白质合成、DNA复制、受体分布、乏氧及凋亡状态等生物学行为。PET肿瘤代谢的显像剂有很多,除了反映葡萄糖代谢的18F-氟代脱氧葡萄糖(18F-FDG)外,还有如11C -胆碱(11C-choline)、11C -醋酸盐(11C -acetate)、11C -蛋氨酸(11C -MET)、18F-酪氨酸(18F-FET)等,许多新的放射性药品还在不断的开发研究之中。不过,18F-FDG无疑是目前临床和研究应用最广泛,最成熟的肿瘤代谢显像剂,它被誉为“世纪分子”。本节主要介绍18F-FDG PET肿瘤显像的原理、方法和临床应用。
一、18F-FDG PET肿瘤显像的原理
18F-氟脱氧葡萄糖(18F-2-fluro-D-deoxy-glucose 18F-FDG,)为葡萄糖代谢示踪剂。18F-FDG和葡萄糖的分子结构比较见图,由于两者的分子结构相似,18F-FDG在体内的生物学行为与葡萄糖相似。在注入体内后,18F-FDG与葡萄糖一样通过细胞膜上葡萄糖转运蛋白(glucose transporter, Glut),如Glut-1,Glut-2,Glut-3等转送进入细胞内。18F-FDG进入细胞后在已糖激酶(hexokinase)的作用被磷酸化形成6-磷酸-18FDG(6-P-18FDG),但与葡萄糖不同的是,6-P-18FDG不能被进一步代谢,而滞留堆积在细胞内。细胞对18F-FDG的摄取量与其葡萄糖代谢率成正比,故体内葡萄糖代谢率越高的细胞,摄取聚集18F-FDG越多。
恶性肿瘤细胞的代谢特点之一是高葡萄糖代谢,故能聚集18F-FDG 。恶性肿瘤细胞摄取18F-FDG的可能机制与下述有关:肿瘤细胞膜上葡萄糖转运蛋白表达增加,如Glut-1、Glut-2、Glut-3等;肿瘤细胞内已糖激酶活性增高;葡萄糖-6-磷酸酶活性低(该酶可使6-P-18FDG去磷酸化而释出细胞外)等。肿瘤缺氧可以增加18F-FDG的聚集,这可能是由于糖酵解旁路被激活所致。当血糖增高时,由于葡萄糖与18F-FDG竞争,细胞膜转运体,可使肿瘤对18F-FDG的摄取减少。因此,在行肿瘤代谢显像前应让病人禁食。

二、18F-FDG PET肿瘤显像方法
1.病人准备:检查前禁食4~6h,血糖过高者需控制血糖。
2.注射显像剂:给药前病人应在安静状态下休息20分钟以上,然后静脉注射18F-FDG 296~370 MBq(8~10 mCi)左右,注药后至检查前病人仍需保持静息状态。
3.图像采集:50~60min后进行全身发射扫描和/或透射扫描,显像前排空尿液。
4.断层图像重建
5.图像分析
(1)视觉阅片:病灶区放射性明显高于周围正常组织。
(2)定量分析:较常用的定量指标为标准摄取值(standardized uptake value, SUV)。
计算公式:
三、18F-FDG  PET的正常影像
  正常人禁食状态下,脑部放射性聚集显著,因为葡萄糖是脑的唯一能量来源。18F-FDG通过泌尿系统排泄,因而肾、输尿管和膀胱常见明显的放射性聚集。心肌的显影程度是不一定的,可从不显影到明显浓聚。但大多数心肌的放射性聚集呈不规则的团块影,且大小不一,可能会干扰肺部肿块和结节的鉴别。肺影通常很淡,肝脾可见轻度显影,肌肉和肠道可能有程度不等的放射性分布。输尿管、膀胱和肠道的放射性常干扰腹部病变的探查。
                                   
四、18F-FDG  PET的适应证
1.探查肿瘤原发病灶
2.探测恶性肿瘤转移灶
3.良恶性病变的鉴别
4.评价肿瘤侵犯范围、恶性程度、临床分期,为治疗决策提供依据
5.肿瘤放疗后或手术后复发与瘢痕组织的鉴别;
6.放、化疗疗效监测与评价;
7.显示肿瘤病灶内活力状态,辅助制订放疗计划
8.预后判断
五、临床应用
1.肺癌
(1)肺部结节鉴别诊断:临床上,肺部孤立结节性病变(solitary pulmonary nodule, SPN)较常见,但其良恶性鉴别常感困难。18F-FDG  PET对SPN的鉴别价值已被认可,其敏感性96%,特异性75%~96%不等。大约85%~90%的SPN可经18F-FDG  PET作出正确诊断,可以避免约20%~40%不必要的开胸手术。当然,特异性不理想仍是当前18F-FDG  PET面临的问题。
(2)转移灶探查和肿瘤分期:肺癌患者尤其是非小细胞肺癌(NSCLC)患者,及时准确的判断纵隔淋巴结或胸外远处转移情况,对于决策治疗方案非常重要。例如,当NSCLC患者有对侧纵隔淋巴结转移(N3期)时,一般不主张手术治疗。CT诊断NSCLC纵隔淋巴结转移有一定局限性,其敏感性58%~67%,特异性70%~80%。PET则较CT更为准确,敏感性为83%~92%,特异性94%~100%。18F-FDG  PET全身显像还能同时探测胸外、远处软组织和骨骼的肺癌转移灶,其准确性达96%。PET的应用,可使20~30%病例的临床分期得到更正,20%以上的病人因PET检查结果改变了治疗策略。
(3)疗效监测:PET的FDG摄取变化比CT的异常变化出现更早,可更敏感地反映肿瘤病灶的治疗反应。病灶摄取FDG动态减少表示治疗有效,摄取不变或升高说明无效或恶化,其变化在治疗后3~14天便可表现出来,对临床早期及时判断疗效反应,调整治疗方案有参考价值。放疗后早期引起的炎症反应可造成FDG摄取增加,应用其他示踪剂有助于克服这一不足,如11C标记的氨基酸或核苷酸。
(4)鉴别复发:18F-FDG  PET可有效地对于肺癌在手术或放疗后局部残余病灶、肿瘤复发或纤维瘢痕进行鉴别,准确性高。在这方面CT和MRI则常较困难。组织学活检由于采样误差,即便是阴性的活检结果亦不能完全排除残余或复发灶。
2.结肠癌  对于结肠癌的原发病灶探查,18F-FDG PET的敏感性高。18F-FDG  PET的优势在于对肝脏及肝外转移灶的探测以及肿瘤复发与瘢痕的鉴别。对比研究提示,18F-FDG 探测结肠癌肝转移的准确性为92%,而常规CT为78%,CT门脉造影术为80%。肝外转移PET检出率为92%,CT为71%。一项对378例患者的研究显示,有27%的患者被18F-FDG PET查出了原来其他检查未发现的转移灶,37%患者的治疗方案因PET的结果而重新修订。临床上,对于血清CEA升高而常规影像学检查结果阴性的患者,有必要进行PET检查。
3.脑肿瘤
(1)脑肿瘤恶性程度判断:脑胶质瘤大多分为4级,Ⅰ级为良性,Ⅱ~Ⅳ级为恶性,其治疗方案和预后与其肿瘤恶性程度分级密切相关。FDG在胶质瘤病灶的聚集量与其恶性程度分级正相关,PET定性和定量分析(如SUV、局部葡萄糖代谢率等)结果,对判断胶质瘤恶性程度的准确性为75%~96%。分析脑瘤FDG摄取水平可以用脑白质和皮质区摄取值作参照,白质区摄取值仅为皮质的1/2~1/4,低度胶质瘤FDG摄取值与白质近似,高度胶质瘤摄取值可为白质的2倍,甚至高于皮质。
(2)确定肿瘤侵犯范围:高度胶质瘤常侵润邻近脑组织,但不一定产生明显的形态改变;分化好的低度胶质瘤亦可能在使用对比剂时无增强表现,从而CT和MR可能低估肿瘤侵犯范围。PET能更客观地描述肿瘤侵犯范围,还可描述病灶内部的局部活力状态从而对手术治疗方案、放疗方案,尤其是立体定向放射治疗,适形调强放射治疗提供重要参考依据。
(3)鉴别肿瘤复发与纤维瘢痕:在鉴别肿瘤的辐射坏死(radionecrosis)和肿瘤复发,或鉴别术后早期组织反应与肿瘤残余灶,鉴别纤维瘢痕和肿瘤复发等方面,PET优于CT和MR。复发灶呈FDG高摄取,而瘢痕坏死组织则呈低摄取。
(4)疗效评价:对于非手术治疗的脑肿瘤患者,应用PET可及早地对病灶区示踪剂摄取水平进行动态比较,对治疗反应进行评价,从而帮助临床及时了解疗效反应,调整治疗方案。在这方面,近几年研究认为氨基酸类示踪剂比FDG更有价值。
4.淋巴瘤 
18F-FDG PET主要用于霍奇金病(HD)和非霍奇金淋巴瘤(NHL)的分期和疗效监测。在未经治疗病例,对病变淋巴结探测能力,CT与PET相当,但PET可通过全身断层图像,全面显示病灶分布情况。更重要的是,CT对于治疗后的活性病灶、复发病灶或残余瘢痕难以鉴别,而18F-FDG PET则可准确区别上述情况。
5.乳腺癌  乳腺癌若得到早期诊断和及时治疗常可治愈。对于乳腺肿块的检查,X线钼靶乳腺摄片敏感性高,但特异性低,对于致密乳腺组织和乳腺结构异常的乳房易漏诊或误诊。MRI亦是敏感性高,特异性低。针吸活检特异性高,但敏感性不佳。18F-FDG PET对原发乳腺癌具有较好的诊断价值,敏感性为82%~100%,特异性为68%~100%,其诊断效能不受乳腺组织密度影响。对于不能触及的小病灶或乳腺致密或结构异常时病变的鉴别,减少不必要的手术,尤有帮助。
乳腺癌患者腋窝淋巴结转移情况的了解对于决策治疗方案非常重要。现有的无创方法均感不足。PET对腋窝淋巴结转移探测的准确性较高,敏感性为79%~100%,特异性为66%~100%。有认为PET检查腋窝淋巴结阴性者可不作腋窝淋巴结切除检查。FDG在乳腺癌病灶聚集水平的变化还被用于评价化疗反应。此外,乳腺癌细胞多数有雌激素和孕激素受体表达,雌激素受体状态与预后和治疗选择有关,如雌激素受体阳性肿瘤侵袭性较低,且对内分泌治疗效果较好。但目前缺乏在体的检查方法。现用16a-[18F]fluoroestradiol(FES,氟代雌二醇)可准确地反映乳腺癌病灶组织内雌激素受体水平,而且在抗雌激素治疗后,可见病灶处FES摄取水平降低。提示PET对于抗雌激素治疗疗效的预测和监测具有潜在价值。
6.其他肿瘤
18F-FDG PET对于其他肿瘤的诊断价值列于表14-1。
表14-1  PET和CT的诊断价值比较
 
肿瘤类型
         PET                      
敏感性(%) 特异性(%) 准确性(%)
                   CT                   
敏感性(%)  特异性(%)  准确性(%)
头颈部肿瘤
90
94
93
82
85
85
黑色素瘤转移灶
80~92
79
81~100
60
86
 
胰腺癌
71~100
平均92
64~100
平均82
85~93
65
62
65
卵巢癌
83~93
80~92
82
67~87
43~53
72
骨与软组织肉瘤
82~97
66~93
 
 
 
 
食管癌
88
93
91
 
 
 
膀胱癌
80~100
63~100
 
 
 
 
睾丸肿瘤
50~100
85~100
 
 
 
 
注:CT诊断数据仅列举与PET对比研究的资料

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