第二章　PET示踪剂和MRI对比剂

第一节　PET示踪剂

放射性药物是指可用于临床诊断或治疗的放射性核素或其标记的单质、化合物及生物制剂，可分为SPECT示踪剂、PET示踪剂和治疗药物三类。PET示踪剂是指采用正电子放射核素标记的化合物，由于正电子放射核素大多属于短半衰期的核素，所以标记方法、原理和长半衰期核素标记的药物有一定的区别，一般需要采用自动化学合成方法。正电子放射核素多由回旋加速器或发生器获得，常用的有¹¹C、¹³N、¹⁵O和¹⁸F等，它们是组成人体生命的基本元素，其标记化合物的代谢过程反映了机体生理和生化功能的变化。新型PET示踪剂的研发和临床应用，对于疾病的诊断和治疗具有重要价值，但是我国PET示踪剂的临床应用发展缓慢^［1，2］。

从医用回旋加速器获得的正电子放射性核素大部分需要经过放射化学合成系统合成，制备成PET示踪剂才可以应用，而¹³N-NH₃·H₂O和¹⁸F-NaF经过纯化和无菌处理后就可以直接应用。表2-1-1是常用正电子核素的物理性能^［2，3］。

表2-1-1　常用几种正电子核素的物理性能

一、PET示踪剂的合成

PET示踪剂合成属于标记化合物制备的一种，通常需使用正电子合成仪，常用的正电子合成仪分为¹⁸F标记和¹¹C标记合成仪，按照合成示踪剂的种类又分为专用合成仪和多功能合成仪^［4］。由于¹⁸F标记的化合物较¹¹C标记的化合物半衰期长，目前临床主要使用的是¹⁸F标记的正电子放射性药物，如¹⁸F-FDG。

1.¹⁸F标记方法

¹⁸F标记示踪剂合成的放射化学反应主要有亲电取代氟化反应和亲核取代氟化反应两种标记方法，后者使用较为广泛。亲电氟代标记方法是具有亲电性的¹⁸F试剂通过加成或取代连接到富电子的芳环或双键等基团上。亲核氟代标记方法主要使用离子状态¹⁸F^-，与阳离子配对，然后在无水极性非质子溶剂中同前体化合物进行亲核反应^［5］。

2.¹¹C标记方法

¹¹C正电子核素可以取代生物内源性或外源性有机分子中任意位置的C原子，而不会导致该分子化学性质发生改变，可以灵活多样地标记化合物。但由于¹¹C的半衰期较短，仅局限于具有回旋加速器的场地使用。通常加速器生产¹¹C-CO₂，进一步转化为¹¹C-CH₃I或¹¹C-CH₃OTf为起始物，标记前体化合物应有较高反应活性，易于从¹¹C-CH₃I或¹¹C-CH₃OTf快速高效地化学合成^［3］。

二、PET示踪剂的临床应用

PET示踪剂对神经和心血管系统疾病、肿瘤的早期诊断、制定治疗方案、指导靶向治疗和疗效观察，均具有重要的临床价值。

1.神经系统的PET示踪剂

PET示踪剂能够特异性显示神经受体、酶活性，表2-1-2和表2-1-3分别是神经系统疾病常用的示踪剂和神经受体示踪剂，其中部分已经获得CFDA 批准，广泛应用于临床^［6，7］。

表2-1-2　神经系统疾病常用的示踪剂

2.肿瘤的PET示踪剂

PET示踪剂对肿瘤的诊断是临床研究和应用的热点，¹⁸F-FDG是目前应用最多的肿瘤代谢示踪剂，¹¹C-MET是广泛应用的氨基酸代谢示踪剂，¹⁸F-FLT是核酸代谢示踪剂，其他类肿瘤示踪剂有肿瘤受体示踪剂（如奥曲肽）、肿瘤乏氧示踪剂（如¹⁸F-MISO）等。表2-1-4是临床常用的肿瘤正电子示踪剂。临床通常按照肿瘤类型选择PET示踪剂，有时需要联合应用不同的示踪剂以提高诊断的准确性，研究报道¹⁸F-FDG和¹¹C-MET联合应用诊断脑胶质瘤、¹⁸F-FDG和¹⁸F-FLT联合应用诊断肺癌等^［1］。随着精准医学的发展，必将进一步推动特异性示踪剂的研发^［8］。

表2-1-3　神经系统常用的受体示踪剂

表2-1-4　常用的肿瘤正电子示踪剂

3.心血管系统的PET示踪剂

与神经系统和肿瘤的PET示踪剂相比，心血管系统示踪剂发展缓慢。通常应用¹⁸F-FDG检测心肌存活性，¹³N-NH₃检测心肌血流灌注，两者相结合提高对冠心病的诊断和疗效评估^［9］。

三、¹⁸F-FDG的原理及应用

¹⁸F-2-氟-2-脱氧-D-葡萄糖（2-18fluoro-2-deoxy-D-glucose，¹⁸F-FDG）目前是使用范围最广泛的PET显像药物，通过PET/CT成像，可反映机体器官、组织和细胞利用葡萄糖的分布和摄取水平，主要用于肿瘤的诊断和肿瘤疗效评价（如术前诊断、疗效观察、复发转移诊断），心脏疾病诊断（心肌存活评价、疗效观察等），脑部疾病诊断（如癫痫的诊断与疗效观察、阿尔茨海默病、帕金森病等）。一种与天然葡萄糖结构类似的放射性核素F-18标记化合物，标记位置为天然葡萄糖结构中2号碳原子。¹⁸F-FDG与天然葡萄糖一样，进入细胞外液后能够被细胞膜的葡萄糖转运蛋白跨膜转运到细胞液内，然后被己糖激酶磷酸化生产¹⁸F-FDG-6-PO₄，磷酸化的¹⁸F-FDG获得极性后不能自由出入细胞膜，也不能被磷酸果糖激酶所识别而进一步代谢，因此滞留在细胞内^［10］。

¹⁸F-FDG最常用的定量评价指标是标准摄取值（standard uptake value，SUV），指静脉注射¹⁸F-FDG后局部组织摄取与全身平均摄取¹⁸F-FDG放射性活度的比值，临床上最常用最大标准摄取值（maximal standard uptake value，SUV_max）和平均标准摄取值（mean standard uptake value，SUV_mean），对鉴别肿瘤良、恶性、分期、分级、肿瘤治疗预后等具有重要意义，但SUV值受患者体重、身高、血糖、药物注射时间、显像时间、显像条件和后期图像处理等很多因素的影响。