造影PET和SPECT專題知識專家講座

造影：PET與SPECT正子射出斷層攝影(PositronEmissionTomography)單光子射出計算機斷層攝影(SinglePhotonEmissionComputedTomography)造影PET和SPECT專題知識第1頁PET與SPECT理想造影核種特征：生物、化學(xué)、物理性質(zhì)放射核種制造核分裂荷電粒子撞擊Tc-99m產(chǎn)生器化學(xué)螯合劑vs有機化學(xué)輸送策略血腦障壁新陳代謝路徑化學(xué)親和力臨床應(yīng)用腫瘤造影與分期心臟造影基因治療腦功效多巴胺路徑﹐成癮造影PET和SPECT專題知識第2頁造影影像已移除造影PET和SPECT專題知識第3頁放射核種SI單位是貝克(Bq) 1Bq=1dps(每秒中分裂次數(shù))舊單位是居里(Ci) 1Ci=3.7×1010dps活度(A)=蛻變率N0=在時間t=0時放射核種數(shù)目N(t)是在時間’t’時放射核種數(shù)目λ是蛻變常數(shù) 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專題知識第4頁有效半衰期物理半衰期﹐TP[放射活性蛻變]生物半衰期﹐TB[從體內(nèi)清出] A=A0A=A0 λP＋λB=λE 或造影PET和SPECT專題知識第5頁有效半衰期范例：一個有6小時半衰期同位素附在不一樣生物半衰期載體分子上 TP TB TE 6hr 1hr 0.86hr 6hr 6hr 3hr 6hr 60hr 5.5hr 6hr 600hr 5.9hr造影PET和SPECT專題知識第6頁有效半衰期假設(shè)有106Bq集中在腫瘤所在地﹐不一樣半衰期核種半衰期(T)λ(sec-1)N16sec0.1158.7x10726min1.75x10-35.7x10936hrs3.2x10-53.1x101146days1.3x10-67.7x101256years4x10-92.5x1015造影PET和SPECT專題知識第7頁有效半衰期假設(shè)放射性核種有106個原子集中在腫瘤所在地﹐不一樣半衰期T核種半衰期(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專題知識第8頁放射性核種制造反應(yīng)器產(chǎn)生﹐核分裂重核種(A>230)捕捉一個中子：傾向分裂子核種約有母核種質(zhì)量之二分之一產(chǎn)生無載體(carrier-free)核種純化是可行(化學(xué)方法困難)普通生成核種為中子較多且以β-發(fā)射方式蛻變*carrier-free:只有放射性核種存在﹐無穩(wěn)定核種同時存在者造影PET和SPECT專題知識第9頁放射性核種制造影像已移除造影PET和SPECT專題知識第10頁放射性核種制造影像已移除造影PET和SPECT專題知識第11頁放射性核種制造盤旋加速器制造：荷電粒子撞擊加速荷電粒子至高能狀態(tài)核反應(yīng)有低限能量產(chǎn)物與靶并不一樣產(chǎn)生核種為無載體造影PET和SPECT專題知識第12頁放射性核種制造影像已移除造影PET和SPECT專題知識第13頁理想診療用核醫(yī)藥品特征純加馬發(fā)射體加馬能量介于100至250keV之間有效半衰期=1.5倍檢驗期間靶∕非靶比值高對病人與核醫(yī)工作人員輻射劑量低對病患是安全化學(xué)反應(yīng)性不昂貴、有實際效用核醫(yī)藥品制備簡單且若在普通院內(nèi)制造能有質(zhì)量控制造影PET和SPECT專題知識第14頁理想診療用核醫(yī)藥品特征有一核種靠近所謂理想加馬發(fā)射體核種鎝-99m(99mTc)半衰期=6hr幾乎是個純γ射線發(fā)射體E=140keV能取得高比活度與無載體造影PET和SPECT專題知識第15頁核種99mTc是核分裂產(chǎn)物99Mo蛻變產(chǎn)物影像已移除99mTc造影PET和SPECT專題知識第16頁核種表99mTc原始起源：Brookhaven國家試驗室(此網(wǎng)站已不再有些人維護-見/CoN/)造影PET和SPECT專題知識第17頁99mTc蛻變圖99Mo以放出β蛻變成99mTc(99Mo：T=67hrs)99mTc激態(tài)藉由放出γ(140keV)蛻變到基態(tài)99Tc(99mTc：T=6hrs)99Tc(基態(tài))藉由放出β蛻變至99Ru(穩(wěn)定同位素)(99Tc：T=2×105年)影像已移除造影PET和SPECT專題知識第18頁放射活性平衡母核N1蛻變成子核N2﹐二者皆具放射性。特殊例子：瞬時平衡 N1→N2 T1>T2﹐但差不大。[A=λN﹐A=A0e-λt]=λ1N1–λ2N2=>=>A2=A10(–)+A20簡單假設(shè)：A20=0：在~10半衰期之后﹐<<或造影PET和SPECT專題知識第19頁放射活性蛻變例：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專題知識第20頁99mTc產(chǎn)生器99Mo對一氧化鋁柱吸收成為鉬酸銨(NH4MoO4)99Mo(T=67hrs)蛻變(以β蛻變)成99mTc(T=6hrs)99MoO4離子變成99mTcO4(過鎝酸鹽,pertechnetate)離子(化性上不一樣)99mTcO4對氧化鋁鍵結(jié)親和力較低且可將生理食鹽水經(jīng)過氧化鋁柱來作選擇性洗滌。影像已移除造影PET和SPECT專題知識第21頁螯合物EDPA乙烯二氨四醋酸影像已移除99mTc巰替肽(Mertiatide)鍵結(jié)結(jié)構(gòu)影像已移除鎝泮替酸鹽(pentetate)鍵結(jié)結(jié)構(gòu)DTPA造影PET和SPECT專題知識第22頁螯合物影像已移除造影PET和SPECT專題知識第23頁放射核種產(chǎn)生盤旋加速器備制．產(chǎn)物為質(zhì)子較多、中子缺乏．以β+蛻變．正子發(fā)射物影像已移除造影PET和SPECT專題知識第24頁核素圖“有機”元素13N [13N]NH315O [15O]H2O11C [11C]..種類繁多18F [18F]FDG(主要)原始起源：Brookhaven國家試驗室(網(wǎng)址已不再有些人維護-見/CoN/)造影PET和SPECT專題知識第25頁盤旋加速器生產(chǎn)靶O-15：14N(d,n)15O;氘核打擊在天然N2氣上;直接產(chǎn)生15O2或C15O2,以5%載體CO2氣體混合。C-11:14N(p,α)11C;質(zhì)子打擊在天然N2氣上;加入2%O2,產(chǎn)生11CO2N-13:16O(p,α)13N;質(zhì)子打擊在蒸餾水上F-18:18O(p,n)18F;質(zhì)子打擊在富含18O之水(H218O),。氟回收為液態(tài)溶液。利用親核取代反應(yīng)。F-18:20Ne(d,α)18F;氘核打擊在氖氣上。利用親電取代反應(yīng)。造影PET和SPECT專題知識第26頁PET核醫(yī)藥品影像已移除造影PET和SPECT專題知識第27頁PET核醫(yī)藥品來自靶11CO2轉(zhuǎn)換成一高反應(yīng)性甲基藥劑：11CH3I或11CH3Tf藥劑蛻變至消逝時間為12分鐘。放射化學(xué)產(chǎn)率以11CO2而言約90%可取得高于6Ci/μmol(220GBq/μmol)比活度。11C-甲基化合物之各類前驅(qū)物能在幾分鐘內(nèi)于二次反應(yīng)試管中備制出來。經(jīng)過甲基化后﹐反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)由半備制放射-HPLC分離出來﹐再經(jīng)固項萃取設(shè)備純化﹐接著放射性示蹤劑形成一可注射食鹽水溶液。造影PET和SPECT專題知識第28頁投藥策略血腦障壁新陳代謝路徑生物親和力影像已移除19世紀(jì)末德國化學(xué)家PaulEhrlich證實一些染料經(jīng)靜脈注射后無法染于腦中。相同染料若注射到腦脊髓液﹐會對腦部與脊髓染色﹐但其它組織則否。造影PET和SPECT專題知識第29頁血腦障壁(BBB)功能提供神經(jīng)元所需養(yǎng)分葡萄糖唯一能量起源(成人腦部消耗量約天天100g葡萄糖)神經(jīng)元需要在準(zhǔn)確地濃度下取得連續(xù)供給BBB有選擇性葡萄糖與其它養(yǎng)分能夠穿過蛋白質(zhì)、碳水復(fù)合物、全部其它外來化合物都被排除在外離子濃度被嚴(yán)格調(diào)控影像已移除造影PET和SPECT專題知識第30頁藥品傳送腫瘤沒有血腦障蔽機制影像已移除造影PET和SPECT專題知識第31頁投藥策略：新陳代謝路徑FDG2-氟-2-脫氧葡萄糖 B-D-葡萄糖造影PET和SPECT專題知識第32頁投藥策略：新陳代謝路徑?FDG被運輸?shù)郊毎?FDG被磷酸化成FDG-6P(帶電荷分子不能擴散出去)?FDG是無法被酵素催化而深入糖酵解物質(zhì)。影像已移除Glu→G6P→F6P→FBP造影PET和SPECT專題知識第33頁地圖化人類腦部功效18F-FDGPET掃描顯示葡萄糖代謝與不一樣任務(wù)之關(guān)連不一樣圖樣。影像已移除造影PET和SPECT專題知識第34頁FDG于腫瘤學(xué)應(yīng)用FDG運輸進入腫瘤百分比比周圍正常組織高。FDG已去磷酸化且能離開細胞。去磷酸化腫瘤內(nèi)發(fā)生速率較慢。FDG應(yīng)用局部未知原發(fā)病灶腫瘤與正常組織判別疾病術(shù)后分期(肺臟,乳房,結(jié)直腸,黑色素瘤,頭頸,胰臟)復(fù)發(fā)vs壞疽復(fù)發(fā)vs手術(shù)后改變(以FDG受限制)監(jiān)測治療反應(yīng)造影PET和SPECT專題知識第35頁投藥策略：新陳代謝路徑PET可提供較高特定新陳代謝信息。?FDG,MET,FLT與運輸介質(zhì)合作?攝入程度是腫瘤分期指標(biāo)11C-甲硫胺酸(MET)?具腫瘤特異性?防止如FDG高腦部背景值問題?在慢性發(fā)炎或放射線造成病灶中并無顯著攝取?對低分期神經(jīng)膠質(zhì)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專題知識第36頁神經(jīng)膠質(zhì)瘤功效性造影造影目標(biāo)定位與周圍腦部活性關(guān)連生物活性=惡性對治療反應(yīng)影像已移除造影PET和SPECT專題知識第37頁腫瘤復(fù)發(fā)vs放射治療后改變有FDG攝入意味著腫瘤復(fù)發(fā)左：MRI中：PET右：融合影像影像已移除造影PET和SPECT專題知識第38頁功效性造影腫瘤vs功效性腦部11C-MET+MRI描繪腫瘤(綠)[15O]H2OPET描繪功效(血流)腦部區(qū)域刺激造成血流增加(紅)輕敲手指(A)動詞產(chǎn)生(B)手術(shù)前分析以引導(dǎo)外科手術(shù)腫瘤造成腦部解剖上腫脹與變形：勘測功效變得很關(guān)鍵手術(shù)中電子刺激造成失語癥：與[15O]H2OPET勘測地圖區(qū)域關(guān)聯(lián)性佳。在手術(shù)中可將信息顯示在神經(jīng)導(dǎo)引系統(tǒng)中影像已移除造影PET和SPECT專題知識第39頁復(fù)發(fā)腫瘤vs壞死MRI(右)指出壞死11C-MET(左)顯示腫瘤復(fù)發(fā)影像已移除造影PET和SPECT專題知識第40頁不一樣影像類型影像關(guān)聯(lián)性高期別神經(jīng)膠質(zhì)瘤：三維影像決定出：?定位?范圍?新陳代謝上：MRI中：11C-MET下：18FDG[注意較下方同一側(cè)葡萄糖新陳代謝]影像已移除造影PET和SPECT專題知識第41頁骨骼掃描骨骼掃描是第二常見核醫(yī)檢驗臨床應(yīng)用：?原發(fā)與轉(zhuǎn)移骨腫瘤偵測?無法解釋骨痛評定?應(yīng)力骨折或其它肌肉骨骼受傷或疾病之診療比如膀胱癌：?發(fā)生率漸增?在許多西方國家中造成多數(shù)男性患者死亡?膀胱癌死亡者有85%轉(zhuǎn)移到骨骼上?新病例中有60%有轉(zhuǎn)移?骨轉(zhuǎn)移會造成疼痛與衰弱?骨轉(zhuǎn)移診療是進行腫瘤分期以決定治療方式程序中一部份乳癌：?骨骼是較常發(fā)生轉(zhuǎn)移之處?全部病例中有8%發(fā)展出骨轉(zhuǎn)移?重癥病例中有70%經(jīng)歷骨轉(zhuǎn)移造影PET和SPECT專題知識第42頁骨骼骨骼是由在膠原基質(zhì)中氫氧碳酸鈣Ca5(PO4)3OH結(jié)晶狀基質(zhì)所組成活組織成骨細胞：新骨骼形成、受損處修復(fù)、是新結(jié)晶狀氫氧碳酸鈣沈降由來破骨細胞：骨骼再吸收、溶解骨骼?破骨細胞在轉(zhuǎn)移腫瘤處中較活躍。造影PET和SPECT專題知識第43頁投藥策略焦磷酸鹽ATP水解后正常代謝物骨骼中磷酸鹽起源雙磷酸鹽?對于骨骼成份中氫氧基磷灰石(hydroxypatite)有親協(xié)力?于骨骼再成形或修復(fù)期間會并入結(jié)晶狀基質(zhì)中?用以減緩或防止骨質(zhì)密度流失而骨質(zhì)疏松HO—P—O—OHP—O∥｜O–O∥｜O–焦磷酸鹽(pyrophosphate)HO—P—C—OHP—O∥｜O–O∥｜O–雙磷酸鹽(biophosphate)｜R2R1｜造影PET和SPECT專題知識第44頁骨骼掃描正常兒童骨骼掃描影像已移除造影PET和SPECT專題知識第45頁骨骼掃描舟狀骨骨折?48歲女性﹐在跌倒時伸手撐住后手腕疼痛了兩周。?X光攝影顯示正常?血流(13NH3)于左手腕有增加現(xiàn)象(上圖)?左手舟狀骨骨折顯現(xiàn)在99mTc-MDP影像中(下列圖)影像已移除造影PET和SPECT專題知識第46頁活躍轉(zhuǎn)移性疾病41歲男性﹐肺癌患者﹐在右上肱骨疼痛﹐兩側(cè)肋骨疼痛了2-3個月﹐左膝疼痛了3周。掃描檢驗顯示多處有不正常示蹤劑攝入其中?右肱骨?肋骨多處?左股骨?尾椎與腰椎影像已移除造影PET和SPECT專題知識第47頁慣狀動脈疾病利用PET與/或SPECT造影來取得以下信息：?灌注?新陳代謝?判別有生存力與無生存力心肌造影PET和SPECT專題知識第48頁心臟造影影像已移除造影PET和SPECT專題知識第49頁心臟壓力試驗運動造成?HR(心搏率)、收縮、BP(血壓)增加?O2需求增加?冠狀血管擴張增加心肌血流影像已移除造影PET和SPECT專題知識第50頁基因治療影像已移除造影PET和SPECT專題知識第51頁基因治療利用PET來確認基因表現(xiàn)方向FIAUPET訊號尤其維持了68小時(左)意味著受HSVTK(皰疹病毒胸腺嘧啶激素)磷酸化。相同區(qū)域在經(jīng)過Ganciclovir(一個注射藥劑)治療后顯示壞死(右)。影像已移除譯者注：HSVTK全名HerpesSimplexVirus-thymidinekinase﹐為細胞自殺基因FIAU為核酸類似物，可使癌細胞在核醫(yī)分子造影下顯現(xiàn)影像造影PET和SPECT專題知識第52頁PET在物質(zhì)濫用研究藥品濫用?為何他們感到高興舒適？?腦部怎樣改變而造成用量增加并造成成癮性？造影PET和SPECT