第五节　核素显像检查

发射型计算机断层（emission computed tomography，ECT）是一种探测放射性核素在体内分布的显像技术。依据探测的放射性核素的种类不同，显像仪可分为单光子发射型计算机断层仪（single photon emission computed tomography，SPECT）和正电子发射型计算机断层仪（positron emission tomography，PET）。SPECT临床应用广泛，能够进行脑血流灌注断层显像、血脑屏障显像、脑肿瘤阳性显像和受体显像等；PET可用作脑血流、受体、葡萄糖代谢、氨基酸代谢和氧代谢断层显像等，但设备昂贵、技术复杂。

一、单光子发射断层显像

脏器和组织显像的基本原理是放射性核素的示踪作用。首先将放射性核素标记到某种化合物上，再把这种标记化合物（显像剂）注入人体，然后利用SPECT可旋转的大晶体γ射线探测器，从体外不同角度探测显像剂在体内的分布数据，经计算机通过滤波反向投影法重建成横断面图像，最后可处理成OM线（外眦-外耳道连线）断面、冠状断面、矢状断面或任意角度的断层图像。用此法得到的分层剖面图不受邻近重叠核素干扰、定位准确，并能通过定量或半定量分析方法计算脏器或病变部位的形态、位置、大小、体积和显像剂分布等。

（一）脑显像剂

1.不能透过血脑屏障的脑显像剂

主要包括99mTc-过锝酸盐（99mTcO4）、99mTc-亚锡葡庚糖酸钠（99mTc-GH）、99mTc-亚锡喷替酸（99m Tc-DTPA）。这类显像剂为非脂溶性放射性药物，常用于脑静态显像。正常情况下，显像剂不能通过血脑屏障进入脑组织。在脑静态显像图上，正常脑组织呈相当于血本底的放射性空白区。血脑屏障受损时，病灶局部出现显像剂的异常浓聚，根据异常浓聚影像的位置、形态和范围大小，则可对颅内病变做出诊断。

2.能透过血脑屏障的脑显像剂

常用的主要包括99mTc-六甲基丙二胺肟（99mTc-HMPAO）、Tc-乙撑双半胱氨酸二乙酯（99m Tc-ECD）和123I-异丙基安菲他明（123I-IMP）。这类显像剂具有相对分子质量小、电中性和脂溶性3个特点，静脉注射后，能迅速通过完整的血脑屏障进入脑组织，是较理想的SPECT脑血流灌注显像剂。显像剂进入脑组织后，由不同的机制转变为非脂溶性化合物而在脑内滞留，在较长时间内无明显再分布现象。显像剂进入脑组织的量与rCBF成正比，因而其分布代表大脑和小脑各部位rCBF的量。脑组织对显像剂的摄取可达注射量的4%～8%，注射后30～40s内即可达摄取高峰。大脑皮质、小脑皮质和基底核、丘脑等灰质的rCBF明显高于白质，所以摄取显像剂的量明显高于脑白质，通过断层图像可以分辨解剖结构。

（二）脑血流灌注显像检查

1.显像剂注射

注射前，由专业人员按使用说明配制显像剂，并作放射化学纯度分析。每次标记后常规采用上行纸层析法测定放化纯，保证显像剂放化纯＞90%，符合要求的显像剂才能由静脉注入。经预先设置的手或足静脉通道注入，禁止从头皮静脉通道注入，以免显像时头部放射性污染对图像的干扰。儿童注射后30～60分钟即可显像。新生儿血中显像剂清除较慢，血本底较高，注射99mTc-ECD 2小时以后显像，效果较佳。

2.数据采集

受试者仰卧位，使头颅长轴与探头Y轴平行，探头连续旋转360°，按帧/6°采集，共60帧，矩阵64×64，总计数＞1.5×106。检查时间约10分钟。

3.图像重建

采用随机软件，先将原始数据处理成冠状、矢状和OM线断层图，Metes滤波，每层厚2个pixel（0.45cm），再把断层图摄成X线照片。

4.图像分析

（1）视觉（读片）分析：

在正常情况下，大脑半球各个切面断层图上的放射性分布呈左右对称。如果脑的某个部位出现明显不对称或局限性放射性稀疏、缺损或异常浓聚，则可判定为rCBF异常。为避免漏诊和误诊，在冠状、矢状和OM线断层图中，一般要求至少在2种轴向断层图连续两层图上，见到上述异常的放射性分布，才能判定为rCBF分布异常。少数患儿可能出现大脑左右半球对应部位同时显示同样异常的放射性分布。读片分析的结果可分为脑血流灌注正常、减低、明显减低和缺损。在读片分析时，特别要注意排除检查时头动和摆位不正造成的异常假象。

（2）半定量分析：

以脑的某一特定区域（如丘脑、小脑等部位）作为对照，计算脑局部区域与对照区的放射性计数比值。这样既有利于发现视觉分析难以判定的异常区域，了解其异常程度，提高诊断的准确性和可信度，亦有利于多次显像的前后对比。

（三）SPECT/CT

SPECT/CT是将CT扫描仪和SPECT显像仪同时安装在同一个机壳里的多模态影像设备的装置，可以依次获得反映精细解剖结构的CT扫描信息及反映功能代谢的SPECT影像，或复合型SPECT/CT融合显像。近年来，新的SPECT/CT装置已有很大的变化，主要是将新技术水平的多探头SPECT和有多个探测器的CT扫描仪并排安装在同一个检查床上。其中CT扫描已不仅仅只用于SPECT图像的衰减校正和解剖定位，而是同时具有常规诊断CT的效能，即一次SPECT/CT检查，能同时获得功能代谢信息图像和精细的解剖诊断信息图像。

二、正电子发射断层显像

利用短半衰期的正电子核素进行显像，且多数元素是人体内正常组织结构内即存在的，如11C、13N、15O等。PET的出现使影像医学真正进入“分子”时代成为可能，它从分子水平揭示了机体、病变组织的特定物质的代谢、局部血流改变、功能受损、受体分布及其表达调节等，使得原本未知的体内反应变化以影像的方式显示出来。

（一）工作原理

PET主要应用的是正电子衰变与湮没符合探测技术。当正电子核素（如11C、13N、15O、18F等）引入体内到达特定靶器官后，其发射出的正电子只能在人体组织内运行很短的距离而减速静止，一旦静止下来就会俘获一个自由电子而形成正负电子对，并在毫微秒内发生质能转换，即湮没辐射。正电子与捕获的负电子转变为两个能量相等，为511keV、运行方向相反的光子。PET所探测的就是这两个方向相反的γ光子，利用探测器环内一系列互成180°的晶体采集光子信息，并经一系列光电转换、信号放大、计算机重建而获得靶器官或靶组织的断层图像。

淹没辐射的两个γ光子几乎同时被探测器环内的探测器接收，由于通过定时脉冲、时间窗的设定，甄别了符合事件，排除散射光子的进入。发生淹没的γ光子只能被互成180°的一对探测器所探测，这两个光子间的连线称为符合线（line of response，LOR），淹没事件即发生在这条直线上。这种探测方式被称为符合探测（coincidence detection），这种用两个探测器间的连线来确定闪烁事件方法称为电子准直（electronic collimation）。

（二）脑代谢显像

应用的示踪剂主要反映氧代谢、葡萄糖代谢、氨基酸代谢、胆碱代谢等几个主要方面，不同示踪剂显像原理有差异。

1.脑氧代谢显像

脑组织耗氧量占全身组织的20%，而重量仅占体重的2%，可见大脑氧代谢的重要性。最常用脑氧代谢的显像剂为15O2，与正常O2一样通过呼吸系统弥散入血，与血红蛋白结合后进入脑组织，成为脑组织氧代谢的原料。由于脑组织摄取15O2的量与脑血流量及局部脑细胞功能有关，因此通过计算机软件可获得脑氧代谢率、脑氧摄取分数等反映脑氧代谢功能的参数，为临床诊断提供帮助。

2.脑葡萄糖代谢显像

葡萄糖是脑细胞能量的唯一来源，显像常用18F标记的氟代脱氧葡萄糖（18F-FDG）作为显像剂，18F-FDG的早期代谢途径与葡萄糖相似，能够被细胞膜上的葡萄糖转运蛋白转运至细胞内，在己糖激酶作用下在细胞内生成6-磷酸-FDG，但与葡萄糖不同的是：由于结构上的本质区别，6-磷酸-FDG不能进一步参与糖的代谢而大量滞留在细胞内，且6-磷酸-FDG带负电荷，不能自由通过细胞膜进入细胞外，也使6-磷酸-FDG在细胞内浓聚。因此，通过PET显像即可定性、定量分析18F-FDG在脑内的分布，可获得脑葡萄糖代谢率等功能参数。显像前患儿需禁食4小时以上，注射显像剂40～60分钟后上机采集断层图像。

3.脑氨基酸代谢显像

氨基酸代谢主要反映了蛋白质水平的合成代谢情况，与细胞增殖有关，正常情况下脑神经细胞无明显蛋白质合成，在某些病理情况会出现异常氨基酸代谢增强。常用的显像剂为11C标记的甲基蛋氨酸（11C-MET）、酪氨酸（11C-TYR），18F标记的氟代乙基酪氨酸（18F-FET），123I标记的碘代甲基酪氨酸（123I-IMT），临床常用11C-MET。

4.图像分析

正常脑氧代谢、葡萄糖代谢图像与脑血流灌注显像相似，均表现为大脑皮质、基底节区、丘脑、脑干及小脑放射性分布较浓，白质、脑室呈放射性稀疏减低区，两侧大脑半球放射性分布均匀、对称，无明显异常放射性增高浓聚或减低缺损区。

由于脑神经细胞几乎无蛋白质合成，因此在正常脑氨基酸代谢显像时，脑内基本无放射性分布。异常图像显示为异常放射性增高，常见于一些增殖旺盛疾病，如脑肿瘤。

（三）PET/CT检查

PET/CT是把具有反映功能代谢信息的PET与反映形态解剖信息的CT两种影像设备有机地组合在一起，即在PET设备加装CT探头及采集所需部件，PET/CT的探头是由分离的PET探头和CT探头组成，CT成像装置在前面，PET成像装置在后面。患儿检查时，先进行CT扫描，然后检查床自动移动到PET视野，进行PET扫描，用CT扫描得到的图像对PET扫描得到的图像衰减校正后，并通过特殊的软件将两者融合在一起，最终获得PET/CT图像。两者显像方法的融合取长补短，具有精确的定位信息、图像的衰减校正、丰富的诊断信息，以及更短的采集时间等独特优势。

三、核素显像检查在脑病中的临床应用

（一）脑灌注显像

1.缺氧缺血性脑病

rCBF检查示大脑受损部位呈放射性减淡缺损区，局部脑血流灌注减低。颅内出血病灶局部rCBF明显减少或缺损，病变侧大脑半球呈现rCBF明显减低。脑灌注显像可早期诊断本病，并可用于疗效评价、预后估计和长期病程随访。

2.癫痫

SPECT、PET脑血流灌注显像能定量地测定rCBF，可反映脑功能障碍失常，可用于研究癫痫发作期、发作期后及发作间期的脑血流改变，定位诊断癫痫灶并揭示病因。SPECT、PET脑血流灌注显像可探测癫痫各期的脑血流分布改变：癫痫发作期，病灶处脑血流量明显增高，在图像上显示为异常增高的放射性浓聚影；癫痫发作间期，病灶处脑血流量降低，在图像上显示为异常的放射性稀疏减淡区。

3.脑梗死

急性脑梗死SPECT检查灵敏，绝大部分病灶处可见放射性分布减低。但因其空间分辨率有限，小的病变则阳性率明显低于CT和MRI。发病数日后，病变周围可出现放射性分布增高，为过度灌注。一部分患儿可见交叉性小脑失联络。这在CT和MRI上无法显示。一些陈旧性脑梗死灶CT仍清晰可辨甚至保持数年或终身，但SPECT显示rCBF和脑细胞功能已恢复，临床症状亦改善。因此，SPECT对脑梗死的早期诊断、病情评估和疗效判断等有较高的临床价值。

4.脑损伤

各种原因引起的新生儿脑部损伤的SPECT脑血流灌注影像可见大脑局部呈不同程度的放射性分布减低或缺损区，经过治疗，随着脑功能恢复，SPECT脑血流灌注显像正常。因此，脑血流灌注显像可用于脑损伤诊断和疗效评价及预后判断。

5.其他脑病

遗传性舞蹈病患儿在大脑皮质、基底节区出现多处异常放射性减低区，对舞蹈病诊断有帮助；在脑动静脉畸形处也呈放射性减低区。

（二）脑代谢显像

1.脑肿瘤

脑肿瘤是生长于颅内的原发性肿瘤，由于颅腔容积固定，因此良、恶性肿瘤均引起占位效应，使脑组织的局部损害，血液循环、脑脊液循环受阻，甚至发生脑疝，威胁患儿生命。儿童期脑肿瘤在全身各部位肿瘤中所占比率相对较多，约占全身肿瘤的7%，以星形细胞瘤、室管膜瘤、成髓细胞瘤、颅咽管瘤等较多见。脑代谢显像可用于鉴别肿瘤良恶性、疾病分期、评价疗效、鉴别复发与残灶等。

2.癫痫

脑代谢PET显像与脑血流灌注显像一样可用于癫痫灶定位诊断，反映发作期、发作期后及发作间期的脑内葡萄糖代谢水平。但是由于脑代谢显像多在注射显像剂40～60分钟行显像检查，因此，可能不能捕捉到短暂的发作期表现，但药物或声光刺激可诱发癫痫发作，癫痫灶部位呈现异常葡萄糖代谢增高。癫痫发作间期，病灶处于相对静止状态呈低葡萄糖代谢变化，癫痫灶定位于脑PET18F-FDG显像时的异常放射性减低稀疏区。临床也可联合应用18F-FDG及13N-NH3·H2O PET/CT显像，对颞叶癫痫病灶有较高的准确定位价值，且癫痫灶低代谢、高灌注的表现使诊断特异性增加，更有助于颞叶癫痫灶的准确定位。

3.脑梗死

脑梗死发病早期即可出现脑代谢减低，18F-FDG PET显像结果与脑血流灌注显像类似，但由于PET的高空间分辨率、CT的衰减校正，其图像质量明显优于脑血流灌注显像。

4.其他脑病

神经精神疾患、抑郁症、孤独症等患儿的额叶、颞叶、枕叶或神经基底核团示放射性分布呈不同程度和局限性的稀疏或减淡缺损区。18F-FDG PET或PET/CT显像还可用于指导、观察精神和神经性疾病合理用药以及疗效评价和预后判断；同时为神经生物学研究提供一种新方法，具有重要的理论和实用价值。

5.脑生理功能和智能研究

脑代谢显像可用于人脑生理功能和智能研究，包括智力的神经学基础研究，如语言、数学、记忆、注意力、计划、比较、思维、判断等涉及认知功能的活动，同时还能够研究大脑功能区的分布、数量、范围及特定刺激下上述各种活动与能量代谢之间的内在关系。患儿临床上的各种不同表现往往与脑内低代谢区所在的部位有关，如语言功能障碍或失语者左侧额叶、颞叶、顶叶以及外侧裂区代谢明显减低；记忆缺失者双侧颞叶代谢减低，且以右侧为显著。研究表明人脑活动与特定区域的局部脑皮质葡萄糖代谢率（local cerebral metabolic rate of glucose，LCMRGlu）水平有直接关系。

（三）脑神经受体显像

神经受体显像是鉴于受体与配体能够特异性结合，通过SPECT、PET显像对人脑特定受体能够精确定位并获得受体的分布情况、密度以及亲和力；同时，通过计算机处理、重建可获得中枢神经受体的定量或半定量参数，对受体相关性疾病作出诊断与鉴别诊断、辅助治疗决策的制订、疗效评价和预后判断。核医学脑神经受体显像目前可显示的受体有：多巴胺受体、乙酰胆碱受体、5-羟色胺受体、苯二氮类受体、阿片受体、生长抑素受体等。

1.多巴胺受体显像

包括多巴胺递质显像、多巴胺转运蛋白显像、多巴胺受体显像，尤其是多巴胺D2受体显像。目前临床应用的多巴胺神经递质和受体显像有18F标记的多巴（18F-dopa）、雷氯必利（18F-raclopride）、N-甲基螺旋哌啶酮（18F-NMSP）；多巴胺转运蛋白显像有99mTc标记的TRODAT-1（99mTc-TRODAT-1）和11C标记的可卡因系列衍生物（11C-CIT）等。用于遗传性舞蹈病、Wilson病、精神分裂症、帕金森病、纹状体黑质变性、多系统萎缩、垂体肿瘤、迟发性运动障碍等。

2.乙酰胆碱受体显像

乙酰胆碱受体包括毒蕈碱、烟碱型两种，对不同的受体类型有相应显像剂，如11C标记的奎丁环基苯甲酸（11C-QNB）反映毒蕈碱受体分布及密度，尼古丁（11C-Nicotine）能反映烟碱型受体分布及密度。

3.5-羟色胺受体显像

大脑中的5-羟色胺受体主要与躁狂/抑郁型精神病有关。

4.苯二氧受体显像

苯二氮（CBZ）受体与γ-氨基丁酸（GABA）是一种门控配体离子通道。主要应用的显像剂有123I标记的iomazenil（123I-iomazenil）、地西泮、乙醇和11C标记的thimazenil（11C-thimazenil）。因为它直接反映了抑制性神经递质GABA与CBZ复合物的密度，可应用于癫痫灶的定位，同时还可用于遗传性舞蹈病等。

5.生长抑素受体显像

放射性核素标记的生长抑素类似物奥曲肽（111In-DTPA-D-Phe1-OCT）对分泌生长激素肿瘤的患儿进行生长抑素受体显像表现为阳性。体外产生GH垂体肿瘤的生长激素抑制素受体的存在与已报道过的体内分泌GH的手术前的肿瘤对奥曲肽的敏感度有显著的相关性。同样，体内SRS显像阳性或阴性与由奥曲肽抑制引起GH释放的敏感度相关。

（四）脑神经功能研究进展

随着SPECT/CT、PET/CT、PET/MR机型硬软件的改善、新型显像剂的研发，神经系统核医学有了突飞猛进的发展，尤其是功能成像部分，无创、准确提供了临床所需的各定性、定量参数，为脑科学的发展做出了贡献。除上述提到的各种显像及其临床应用外，脑灌注显像、脑代谢显像还可用于人脑生理功能和智能研究，如语言、记忆、思维、判断、注意力等认知行为功能研究。

（陈光福）

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