生医022 20022018 骨骼系统PET/CT和符合线路显像原理及临床应用 骨骼系统疾病在临床上是一种常见病、多发性疾病。而医学影像学检査在骨 骼系统疾病诊断、鉴别诊断和疗效观察中起着重要的作用。X线、CT( Computed Tomography,CT)和MRI影像能够在骨骼系统疾病的诊断中提供重要客观的解剖 结构、形态学和组织学变化图像。骨闪烁平面( bone scintigraphy,BS)和断 层 SPECT( single photon emission tomography, SPECT)显像及PET( positron emission tomography,PET)和符合线路成像( coincidence imaging)能够提供 骨骼系统准确血流灌注、组织细胞代谢过程的生物化学信息。PET/CT是将PET 和CT设备及功能有机融合在一起的一体化设备。近年来由于PET/CT、 SPECT/CT 在临床的广泛应用使骨骼系统影像发生了根本性变化。PET/CT、 SPECT既能够为 临床提供解剖结枃、形态学、组织学的信息,还能够提供血流灌注和组织细胞代 谢的综合信息。本文重点介绍骨骼系统PET/CT和符合线路显像原理及临床应用 BS、 SPECT和PET骨显像原理和临床应用 因使用的显像示踪剂不同,临床采用不同的影像设备。对单光子放射性 示踪剂目前常采用闪烁相机BS和 SPECT设备;对正电子放射性示踪剂则采用PET 及符合线路系统设备。 1、常规BS和 SPECT显像:99mc-亚甲基二磷酸盐(99mTc-MP)是进行 骨骼闪烁显像和 SPECT成像时最常用的示踪剂。99πIc-MDP中的磷原子和羟基磷 灰石晶体中的磷酸钙交换而进入骨质,或直接结合到有机基上。99mTc随之进入 骨质而滞留骨骼。99mTc-MDP注射人体2-3小时后约有50-60%的放射性浓聚在骨 中。由于99mTc-MDP主要反映骨骼系统代谢,与X线成像相比,BS只要病变与 正常骨骼的变化率在5%-10%时即可检测出,所以具有很高的灵敏度。一般说来, BS发现骨骼恶性病变的时间可以早于X线图像2-18个月。恶性骨侵犯造成 99mTc-MDP吸收量增加的机理,据信是该化合物会化学吸附于骨骼表面。其吸收 量反映了骨骼的代谢活动,并取决于局部的血流及造骨活动。大部分恶性骨侵犯 的位置都会显示出反应性造骨活动增加,因此造成99mTc-MDP的吸收量增加。 BS可以可靠的发现乳腺癌、前列腺癌及肺癌的骨转移。但它对溶解性骨病变类 型肿瘤检出的敏感度较低,基本没有或只有极少量的摄取,例如多发性骨髓瘤或 侵入性快速骨破坏转移病变。溶解性病变在BS上显示为ˆ冷的″,但通常不会被 忽略。广泛扩散的转移侵犯可能造成″超扫描″,其特征是均匀的99πIc-MP分布 髙速的骨骼向软组织转化行为以及通常不会对肾脏显像。尽管99mc-MDP具有高 敏感性,但它并不是一种肿瘤特异性示踪剂,在良性骨骼病变中也会发现 99mTc-MDP积聚量增加。BS上显示的多种骨骼病变,主要在已知的恶性肿瘤患者 中,说明肿瘤的转移扩散。尽管需要考虑到存在良性的情况,也可能出现多焦点
生医 022 张磊 20022018 1/3 骨骼系统 PET/CT 和符合线路显像原理及临床应用 骨骼系统疾病在临床上是一种常见病、多发性疾病。而医学影像学检查在骨 骼系统疾病诊断、鉴别诊断和疗效观察中起着重要的作用。X 线、CT(Computed Tomography, CT)和 MRI 影像能够在骨骼系统疾病的诊断中提供重要客观的解剖 结构、形态学和组织学变化图像。骨闪烁平面（bone scintigraphy, BS）和断 层 SPECT(single photon emission tomography, SPECT)显像及 PET(positron emission tomography , PET)和符合线路成像(coincidence imaging)能够提供 骨骼系统准确血流灌注、组织细胞代谢过程的生物化学信息。PET/CT 是将 PET 和 CT 设备及功能有机融合在一起的一体化设备。近年来由于 PET/CT、SPECT/CT 在临床的广泛应用使骨骼系统影像发生了根本性变化。PET/CT、SPECT 既能够为 临床提供解剖结构、形态学、组织学的信息，还能够提供血流灌注和组织细胞代 谢的综合信息。本文重点介绍骨骼系统 PET/CT 和符合线路显像原理及临床应用。 一、 BS、SPECT 和 PET 骨显像原理和临床应用 因使用的显像示踪剂不同，临床采用不同的影像设备。对单光子放射性 示踪剂目前常采用闪烁相机 BS 和 SPECT 设备；对正电子放射性示踪剂则采用 PET 及符合线路系统设备。 1、常规 BS 和 SPECT 显像：99mTc-亚甲基二磷酸盐（99mTc-MDP）是进行 骨骼闪烁显像和 SPECT 成像时最常用的示踪剂。99mTc-MDP 中的磷原子和羟基磷 灰石晶体中的磷酸钙交换而进入骨质，或直接结合到有机基上。99mTc 随之进入 骨质而滞留骨骼。99mTc-MDP 注射人体 2-3 小时后约有 50-60%的放射性浓聚在骨 中。由于 99mTc-MDP 主要反映骨骼系统代谢，与 X 线成像相比，BS 只要病变与 正常骨骼的变化率在 5%-10%时即可检测出，所以具有很高的灵敏度。一般说来， BS 发现骨骼恶性病变的时间可以早于 X 线图像 2-18 个月。恶性骨侵犯造成 99mTc-MDP 吸收量增加的机理，据信是该化合物会化学吸附于骨骼表面。其吸收 量反映了骨骼的代谢活动，并取决于局部的血流及造骨活动。大部分恶性骨侵犯 的位置都会显示出反应性造骨活动增加，因此造成 99mTc-MDP 的吸收量增加。 BS 可以可靠的发现乳腺癌、前列腺癌及肺癌的骨转移。但它对溶解性骨病变类 型肿瘤检出的敏感度较低，基本没有或只有极少量的摄取，例如多发性骨髓瘤或 侵入性快速骨破坏转移病变。溶解性病变在 BS 上显示为"冷的"，但通常不会被 忽略。广泛扩散的转移侵犯可能造成"超扫描"，其特征是均匀的 99mTc-MDP 分布、 高速的骨骼向软组织转化行为以及通常不会对肾脏显像。尽管 99mTc-MDP 具有高 敏感性，但它并不是一种肿瘤特异性示踪剂，在良性骨骼病变中也会发现 99mTc-MDP 积聚量增加。BS 上显示的多种骨骼病变，主要在已知的恶性肿瘤患者 中，说明肿瘤的转移扩散。尽管需要考虑到存在良性的情况，也可能出现多焦点
生医022 20022018 现象,例如外伤、新陈代谢性骨病、骨髓炎、骨质疏松及其它疾病。通过BS发 现单独的或极少的骨骼病变通常说明需要对病变进行深入的评价。与平面闪烁照 相术相比, SPECT在发现骨骼病变方面更为敏感。 SPECT的切面图像克服了叠加 平面视图可能造成的对病灶进行解剖定位的限制。据报告 SPECT更好的定位可以 提高BS的确切性。例如在脊柱中,不同的病程可能会涉及不同的椎骨部分。 SPECT 和BS相比,它可以多检査出20%-50%的脊椎病变。根据 Savelli等对118位患 者的调査, SPECT BS发现骨转移的敏感度、确切度、阳性预测值及阴性预测值 分别为91%、93%、73%和98%。GE的 Evolution技术可以明显提高BS和 SPECT 扫描图像的分辨率和扫描速度,临床使用初步经验表明采用 Evolution技术可以 将BS和 SPECT扫描速度提高一倍,使 SPECT成为常规临床扫描以成为现实。 2、PET和符合线路显像: Blau m等于1962年首次将18F- Fluoride用作 骨成像剂。其吸收机理与Ω9mTc-MDP相似,但是却能被骨骼迅速吸收。 l8F- Fluoride在通过毛细管扩散至骨骼细胞外液体中后,氟化物离子与羟磷灰 石结晶骨骼中的羟基群交换构成羟磷灰石,它主要沉积在骨骼表面,那里是骨骼 重建和更新最剧烈的地方。与99mTc-MDP相似,在恶性骨病灶的18F- fluoride 吸收量堆积反映为局部血流量及骨更新増加,这是这些病变的特征。骨骼对于 18F- fluoride的吸收是99mc-MDP的两倍。18F- Fluoride在毛细管具有高的渗 透性,在血液不会与蛋白质结合及快的血液清除率,以至18F- fluoride可以产 生更好靶本底比值。18F- Fluoride在注射后3-5小时后在骨中摄取达到高峰。 骨转移的病灶中18F- fluoride的局部血浆清除率是比正常骨骼髙3至10倍。 18F- Fluoride结合PET高的空间分辨率以及18F- fluoride良好的独特生物化学 特性,使得18F- fluoride pet更受临床欢迎。另外在硬化及溶解转移中均可发 现18F- fluoride吸收量增加,这是18F- Fluoride pet和99mTc- MDP BS及 SPECT 的本质区别。18F- Fluoride主要用于检出溶解性病变,可以检出BS无法发现的 溶解性病变伴生的极小的造骨活动。 Schirrmeister等报告称l8F- fluoride pet 发现了被BS忽略的肺癌患者的骨转移,并且MI诊断出的所有转移病变也均被 l8F- fluoride pet发现。应该注意到根据报告18F- fluoride pet与平面BS对 比的值高于与骨骼 SPECT的对比值,ROC曲线曲线分析结果分别为BS:0.79 SPECT:0.94,18FPET:0.993。18FPET和 SPECT2种断层方法都比平面BS 明显准确。因 SPECT或18FPET的显像结果,分别有5例(9%)或6例(11%) 患者的临床治疗方案被修改。这说明了断层照相技术的优势。 由于成本限制18F- Fluoride pet很难成为常规临床检查项目。通常认为其 主要应用于存在转移性骨疾病髙风险的患者。18F- fluoride吸收量增加也可见 于良性骨病变中。18F- fluoride在肿瘤诊断的确切性方面存在局限。无法将良
生医 022 张磊 20022018 2/3 现象，例如外伤、新陈代谢性骨病、骨髓炎、骨质疏松及其它疾病。通过 BS 发 现单独的或极少的骨骼病变通常说明需要对病变进行深入的评价。与平面闪烁照 相术相比，SPECT 在发现骨骼病变方面更为敏感。SPECT 的切面图像克服了叠加 平面视图可能造成的对病灶进行解剖定位的限制。据报告 SPECT 更好的定位可以 提高 BS 的确切性。例如在脊柱中，不同的病程可能会涉及不同的椎骨部分。SPECT 和 BS 相比，它可以多检查出 20%-50%的脊椎病变。根据 Savelli 等对 118 位患 者的调查，SPECT BS 发现骨转移的敏感度、确切度、阳性预测值及阴性预测值 分别为 91%、93%、73%和 98%。GE 的 Evolution 技术可以明显提高 BS 和 SPECT 扫描图像的分辨率和扫描速度，临床使用初步经验表明采用 Evolution 技术可以 将 BS 和 SPECT 扫描速度提高一倍，使 SPECT 成为常规临床扫描以成为现实。 2、PET 和符合线路显像：Blau M 等于 1962 年首次将 18F-Fluoride 用作 骨成像剂。其吸收机理与 99mTc-MDP 相似，但是却能被骨骼迅速吸收。 18F-Fluoride 在通过毛细管扩散至骨骼细胞外液体中后，氟化物离子与羟磷灰 石结晶骨骼中的羟基群交换构成羟磷灰石，它主要沉积在骨骼表面，那里是骨骼 重建和更新最剧烈的地方。与 99mTc-MDP 相似，在恶性骨病灶的 18F-fluoride 吸收量堆积反映为局部血流量及骨更新增加，这是这些病变的特征。骨骼对于 18F-fluoride 的吸收是 99mTc-MDP 的两倍。18F-Fluoride 在毛细管具有高的渗 透性，在血液不会与蛋白质结合及快的血液清除率，以至 18F-fluoride 可以产 生更好靶本底比值。18F-Fluoride 在注射后 3-5 小时后在骨中摄取达到高峰。 骨转移的病灶中 18F-fluoride 的局部血浆清除率是比正常骨骼高 3 至 10 倍。 18F-Fluoride 结合 PET 高的空间分辨率以及 18F-fluoride 良好的独特生物化学 特性，使得 18F-fluoride PET 更受临床欢迎。另外在硬化及溶解转移中均可发 现 18F-fluoride 吸收量增加，这是 18F-Fluoride PET 和 99mTc-MDP BS 及 SPECT 的本质区别。18F-Fluoride 主要用于检出溶解性病变，可以检出 BS 无法发现的 溶解性病变伴生的极小的造骨活动。Schirrmeister 等报告称 18F-fluoride PET 发现了被 BS 忽略的肺癌患者的骨转移，并且 MRI 诊断出的所有转移病变也均被 18F-fluoride PET 发现。应该注意到根据报告 18F-fluoride PET 与平面 BS 对 比的值高于与骨骼 SPECT 的对比值，ROC 曲线曲线分析结果分别为 BS：0.779， SPECT：0.944，18F PET：0.993。18F PET 和 SPECT 2 种断层方法都比平面 BS 明显准确。因 SPECT 或 18F PET 的显像结果，分别有 5 例（9%）或 6 例（11%） 患者的临床治疗方案被修改。这说明了断层照相技术的优势。 由于成本限制 18F-Fluoride PET 很难成为常规临床检查项目。通常认为其 主要应用于存在转移性骨疾病高风险的患者。18F-fluoride 吸收量增加也可见 于良性骨病变中。18F-fluoride 在肿瘤诊断的确切性方面存在局限。无法将良
生医022 20022018 性病变与恶性病变对18F- fluoride的吸收区分开。由于其在检査各种骨骼病变 方面的高灵敏性,与BS相比,18F- fluoride pet倾向于出现更高的假阳性吸收 位置发生率。通常与99mTc-MDP吸收量增加无关的良性病变,例如小的软骨下囊 肿,被发现会显示18F- fluoride吸收量增加。 二、PET/CT和符合线路成像在临床应用 常规的99mTc-MDP、18F- fluoride主要反映骨骼系统血流灌注和代谢过 程,由于缺乏准确的解剖结构和形态学的信息使其临床应用受到一定程度的限 制。CT图像由于具有非常高的分辨率,能够清楚显示皮肤、皮下脂肪、筋膜、 肌肉甚至某些血管神经、松质骨、皮质骨和骨髓;并能清楚显示骨质破坏、増生, 骨皮质细小改变以及软组织和韧带的细小结构变化;显示椎间盘及椎体的形态 关节内的游离体、骨折碎片等。三维立体结构更能够为临床提供三维细微解剖结 构和形态信息。CT图像的这些特点是BS、 SPECT、PET图像所无法提供的。临床 专用型PET/CT、经济型PET/CT(符合线路系统)将PET和CT设备有机融合在 起能够为临床提供在脏器的解剖、形态基础上的血流灌注、代谢的图像,从而为 临床提供精确的信息。 Einat even- Sapir等对44位患者进行18F- fluoride pet/CT研究,通过统 计发现与单独使用18F- fluoride pet(72%)相比,18F- fluoride pet/CT的确 切性有了重大提高(97%)。18F- fluoride pet的高敏感性得到了体现,发现了 16例CT显像正常的骨转移18F- fluoride吸收量增加,以及四位BS伪阳性患者。 还有发现显示18F-F1 uoride pet/CT有助于通过在研究的CT部分发现相关的良 性骨病变以及发现入侵骶骨孔的软组织肿瘤来说明有症状患者的骨痛原因。这些 结果非常鼓舞人心。但是,仍然需要累积更多的数据,包括成本考虑以及这种新 技术对于患者管理及结果的影响,方可引入18F- fluoride pet/CT来评价恶性骨 侵犯。 三、展望 目前随着医用回旋加速中心在国内不断增加以及国内专门从事正电子放 射性示踪技术的专业人才水平的提高。我们国内正电子放射性示踪剂研究已经进 入到了一个新的发展阶段。国内现在已经能够采用全自动化技术自己合成18F 18F-FDG、18F-胆碱、18F-FLT、18F-FMIS0、18F-FET等正电子放射性示综剂, 使国内开展18F- fluoride pet/CT临床应用成为现实,特别是我们国内已经安装 了接近130台的符合线路系统这样就为采用经济型PET/CT(符合线路系统)进 行18F- fluoride奠定了基础。由于18F- fluoride骨成像明显优于99mTc-MDP 骨图像,所以在条件允许的情况下大力开展18F- fluoride pet/CT成像应更有助 于对骨骼系统疾病的临床诊断
生医 022 张磊 20022018 3/3 性病变与恶性病变对 18F-fluoride 的吸收区分开。由于其在检查各种骨骼病变 方面的高灵敏性，与 BS 相比，18F-fluoride PET 倾向于出现更高的假阳性吸收 位置发生率。通常与 99mTc-MDP 吸收量增加无关的良性病变，例如小的软骨下囊 肿，被发现会显示 18F-fluoride 吸收量增加。 二、 PET/CT 和符合线路成像在临床应用 常规的 99mTc-MDP、18F-fluoride 主要反映骨骼系统血流灌注和代谢过 程，由于缺乏准确的解剖结构和形态学的信息使其临床应用受到一定程度的限 制。CT 图像由于具有非常高的分辨率，能够清楚显示皮肤、皮下脂肪、筋膜、 肌肉甚至某些血管神经、松质骨、皮质骨和骨髓；并能清楚显示骨质破坏、增生， 骨皮质细小改变以及软组织和韧带的细小结构变化；显示椎间盘及椎体的形态、 关节内的游离体、骨折碎片等。三维立体结构更能够为临床提供三维细微解剖结 构和形态信息。CT 图像的这些特点是 BS、SPECT、PET 图像所无法提供的。临床 专用型 PET/CT、经济型 PET/CT（符合线路系统）将 PET 和 CT 设备有机融合在一 起能够为临床提供在脏器的解剖、形态基础上的血流灌注、代谢的图像，从而为 临床提供精确的信息。 Einat Even-Sapir 等对 44 位患者进行 18F-fluoride PET/CT 研究，通过统 计发现与单独使用 18F -fluoride PET（72%）相比，18F-fluoride PET/CT 的确 切性有了重大提高（97%）。18F-fluoride PET 的高敏感性得到了体现，发现了 16 例 CT 显像正常的骨转移 18F-fluoride 吸收量增加，以及四位 BS 伪阳性患者。 还有发现显示 18F-Fluoride PET/CT 有助于通过在研究的 CT 部分发现相关的良 性骨病变以及发现入侵骶骨孔的软组织肿瘤来说明有症状患者的骨痛原因。这些 结果非常鼓舞人心。但是，仍然需要累积更多的数据，包括成本考虑以及这种新 技术对于患者管理及结果的影响，方可引入 18F-fluoride PET/CT 来评价恶性骨 侵犯。 三、 展望 目前随着医用回旋加速中心在国内不断增加以及国内专门从事正电子放 射性示踪技术的专业人才水平的提高。我们国内正电子放射性示踪剂研究已经进 入到了一个新的发展阶段。国内现在已经能够采用全自动化技术自己合成 18F、 18F-FDG、18F-胆碱、18F-FLT、18F-FMISO、18F-FET 等正电子放射性示综剂， 使国内开展 18F-fluoride PET/CT 临床应用成为现实，特别是我们国内已经安装 了接近 130 台的符合线路系统这样就为采用经济型 PET/CT（符合线路系统）进 行 18F-fluoride 奠定了基础。由于 18F-fluoride 骨成像明显优于 99mTc-MDP 骨图像，所以在条件允许的情况下大力开展 18F-fluoride PET/CT 成像应更有助 于对骨骼系统疾病的临床诊断