第四节　核医学成像

核医学是研究核技术在医学中的应用及其理论的综合性边缘学科，它包括实验核医学和临床核医学两方面的内容。实验核医学主要是指以实验的方法研究基础医学和生物医学的学科，如目前临床检验中广泛应用的放射免疫分析技术等。临床核医学是研究核素应用于临床诊断和治疗的学科。其中的核医学成像是利用放射性核素及其标记化合物（放射性药物）在生物体内参与代谢过程时的选择性脏器分布的特点，通过图像显示脏器或组织的生理、代谢变化，诊断疾病。

一、成像原理及成像设备

核医学脏器和组织成像是根据放射性核素示踪原理，利用放射性核素或其标记化合物在体内代谢分布的特殊规律，获得脏器和组织功能结构影像的一种成像技术。不同的放射性药物在体内有其特殊的分布和转归的规律，可发射出具有一定穿透力的γ射线，探头收集到这样的γ射线后，经晶体光放大（变成可见光）导向光电倍增管的阴极，转变成脉冲信号并输送到计算机，经模/数（A/D）转换成数字信息，再经数/模（D/A）转换投射成图像。

核医学成像以脏器内外或脏器内各组织之间、脏器与病变之间的放射性药物浓度差别为基础，其基本条件是：①核素药物具有选择性浓聚在特定器官、组织和病变的特性；②核素的放射性半衰期适合在一定时间内探测，并具备足够的量值；③探测器在体外探测到的γ射线，在病变与正常脏器之间有放射性浓度差别，并得以显示。

99mTc为最常用的理想的显像核素，它是纯γ光子发射体，能量适中（141 keV），半衰期为6小时，并能标记多种化合物，几乎可用于所有脏器显像。

按照探测人体内放射性核素分布的探测器原理和功能不同，可将核医学成像的设备分为γ照相机和计算机断层仪，前者用于探测脏器平面图像，后者用于探测人体三维断面图像。按照探测单光子或正电子的不同，计算机断层仪又分为单光子发射型计算机断层仪（SPECT）和正电子发射型计算机断层仪（PET）两种。由于以上设备只能显示靶器官的功能图像，不显示邻近器官的结构，因此可与显示解剖结构良好的CT或MRI进行图像融合。目前新的图像融合技术可以将PET与CT或SPECT与CT两种不同的图像融合成一幅图像（图1-2-29），它们既利用了CT图像解剖结构清晰的优势，又具有核医学图像反映器官的生理、代谢和功能的特点，把两者的定性和定位作用进行了有机的结合。

二、检查技术与图像特点

1.闪烁照相机　也叫γ照相机，可以对全身各脏器中的放射性核素进行一次扫描。γ照相机所形成的图像是一种二维平面图像，是探测器投射方向上放射性分布信息的叠加影像，具有脏器重叠的缺点，可能掩盖脏器内某些小的反射性分布异常，对于小的或者较深的病灶不易发现。主要适用于较为表浅的脏器或器官的显像，如甲状腺。目前已经很少应用。

2.SPECT和SPECT/CT　SPECT全称为单光子发射型计算机断层显像（single photon emission computed tomography，SPECT），是同位素应用于临床医学成像的主要先进设备。

SPECT的探测器虽然也是γ射线闪烁探测器，但是它在机架上排列了多个探头，并且可以多角度旋转、多方位采集γ射线，通过分析同一直线上两个γ光子到达探测器的时间符合与微小差别，利用计算机的反射投影图像重建功能，获得脏器的横断、矢状、冠状或其他任意角度的人体断面影像，既显示脏器形态，也反映该脏器的功能。

SPECT/CT则在SPECT基础上融合CT的扫描装置，实现SPECT显示功能代谢和CT解剖准确定位的结合，大大提高了临床应用的效果。

对于肝脏、肾脏、唾液腺、胃肠道等部位的缺血、肿瘤等病变导致的血流、血供异常，SPECT都可以进行动态显像了解血供情况和功能状态，对肝移植、肾移植患者的肾功能和肾血流检测特别有效。

3.PET和PET/CT　PET为正电子发射型计算机断层成像（positron emission computed tomography）。PET采用的核素都是11C、13N、15O等人体组织的最基本元素，易于标记各种人体必需的、参与多种代谢活动的化合物，由于核素标记不改变化合物的理化特性，因此PET可以良好显示人体组织或器官的生理、生化代谢过程，而且这些核素的半衰期都较短，检查时可以给予较大剂量，从而使PET图像更清晰，对疾病的早期诊断、确定治疗方案、监测疗效、判断预后有很大的临床价值。

目前，PET最常采用18F-FDG（18F标记的脱氧葡萄糖）作为检查示踪剂，18F-FDG注入血液内，可像正常葡萄糖一样作为能量来源被组织细胞摄取，但又无法像葡萄糖一样完成三羧酸循环，生成二氧化碳和水，而是在磷酸化过程中被阻止，从而以18FDG-6P的形式在细胞中沉积下来。恶性肿瘤细胞分裂迅速，代谢活跃，摄取氟代脱氧葡萄糖（FDG）可达正常细胞的2～10倍，从而使得癌细胞内有更多18FDG-6P沉积并得以显像，因此当癌组织未产生结构上的变化时，即能利用PET高灵敏度地显示出隐藏的癌细胞。

但是，PET的解剖结构显示不清。CT作为形态学影像检查，分辨率高，可进行准确定位，将PET与多排CT相融合，形成最新的PET/CT机，可以互相弥补各自的缺陷，发挥优势。PET可以显示病灶的代谢状态，CT可以精确定位病灶，使得肿瘤的定位和定性诊断能力大大提高。而且，目前ECT也结合CT机，形成了ECT/CT的新机型，相信今后核医学成像技术的不断改进，将在形态显示和功能检测两方面都达到理想的状态。

PET/CT显像可用于肿瘤、中枢神经系统、心脏三大领域，其中绝大多数用于肿瘤的诊断中，能提高对肿瘤诊断、分期的准确性（图1-2-29）；用于生物靶区及生物适形调强放疗，优化肿瘤靶区的放疗计划；帮助选择活检部位。

三、核医学成像的临床应用

核医学成像可广泛用于全身脏器和组织的解剖和功能显像。

1.神经系统　SEPCT/CT和PET/CT能同时反映解剖结构和功能代谢，可以精确地定位和准确地定量，从分子水平上展示脑生理、病理变化状态，主要包括脑血流显像、脑代谢显像、脑神经递质和受体显像、放射性核素脑血管显像以及脑脊液显像。

2.内分泌系统　核医学功能测定和显像技术可为内分泌系统多种腺体的生理功能的分析、病理生理机制研究、疾病的诊断提供有效手段，主要包括甲状腺显像、甲状旁腺显像、肾上腺显像。

3.心血管系统　是核医学成像中发展最快、应用最广泛的重要内容，大致可分为：①心肌显像，包括心肌灌注显像、心肌代谢显像、急性心肌梗死显像和心脏神经受体显像等；②心脏、大血管血池显像及心室功能测定。

4.消化系统　核医学成像在消化系统应用有：胃肠道出血显像，特别用于小肠出血的定位诊断；异位胃黏膜显像；胃排空及食管、小肠通过功能测定；十二指肠-胃反流显像；唾液腺显像；肝胆显像，包括肝静态显像、肝血流灌注和血池显像、肝胆动态显像；幽门螺杆菌测定，用14CO2呼气试验判断胃内有无幽门螺杆菌感染。

5.呼吸系统　主要包括肺灌注显像和肺通气显像，前者主要反映肺的血流灌注和分布情况，后者是了解气道的通畅与否，肺局部通气功能。

6.骨、关节系统　主要包括放射性核素骨显像，用于早期发现骨病损，但特异性差，需结合病史及其他影像学检查来判断；骨动态显像，用以获得受检部位血流、血池和延迟显像的信息，以更准确的诊断骨髓炎和鉴别骨病变的良恶性；关节显像，是一种探测活动性关节疾病的敏感方法，能帮助骨关节病的早期诊断与鉴别诊断；骨密度测定。

7.造血与淋巴系统　主要包括骨髓显像，用于了解全身造血骨髓活性、分布及功能变化；淋巴显像，用于反映淋巴结和淋巴管的形态变化，同时反映淋巴回流动力学的改变。

8.泌尿生殖系统　主要包括肾动态显像，包括肾血流灌注显像和肾功能动态显像，可以提供双肾血流、大小、形态、位置、功能及尿路通畅等多方面信息，利用计算机技术还可获得半定量的肾图；肾功能介入试验，是利用药物或其他负荷方式，改变肾脏的正常或病理生理过程，从而获得更多的肾功能信息；肾小球滤过率和肾有效血浆流量测定；肾静态显像；膀胱-输尿管反流显像；阴囊显像。

9.肿瘤与炎症　核医学显像可反映肿瘤组织细胞的血流、代谢、增殖、分化及受体等生理环节，在肿瘤学的研究和临床应用中相当重要，其主要内容有：非特异性肿瘤阳性显像；PET肿瘤代谢显像；肿瘤放射免疫显像；受体显像；肿瘤前哨淋巴结探测。

炎症显像，是使用亲和炎症组织的显像剂来探查体内的炎性病灶。