医学影像服务
Medical imaging service
核医学诊断“武器库”
2023-02-02

核医学诊断武器库

临床核医学主要包含核医学诊断和核医学治疗两个领域。其中核医学诊断发展强势,普及较广,实际内容简单概括以下几项:

1、核医学显像(目前主要包括SPECT,SPECT/CT,回旋加速器,正电子药物化学合成器,PET/CT、PET/MR等)

2、体内脏器功能性诊断(如常用的肾脏,甲状腺和红细胞功能性评估)

3、体外的放射免疫分析和免疫放射分析

核医学诊断领域细节拆分后示意图

我们来近距离看下集团所涉及的核医学显像诊断部分的这些武器到底有何特别之处?

一、单光子发射计算断层扫描的两类设备:

SPECT      

SPECT/CT

SP

ECT

SPECT发展时间较早,技术相对比较成熟,简单原理是通过设备探测器来搜集注射到人体内放射核素释放的低中能单r光子信息,数模转换后进行计算机处理。这里的放射核素主要集中在Tc99m系列物(占绝大比重),I131,Ga67等。这个类别的核素生产获得相对简单(如Tc99m生产类似于奶牛产奶的过程,如比如需要购买钼99奶牛定期通过其衰变和淋洗得到需要的锝99牛奶),高半衰期的特性(锝99为6小时左右,碘131为8天左右),其中半衰期的概念大家可以简单认为是放射强度降低一半所需要的时间,高半衰期药物使得广泛的配送和使用得以实现。最初的SPECT的出现在功能性成像上提高了疾病的诊断率和特异性,提供脏器与病变组织的功能信息,为肿瘤的诊治提供多方位信息,并且具备一定的定量分析的能力,且诊断价格相对较低,得到了相对普及的使用,主要用于骨骼肿瘤转移,甲状腺,甲状旁腺,心肌缺血,肾脏等。

 

缺点:

1、图像分辨率低

2、受人体组织衰变影响较大,很多时候会导致成像效果不佳而影像诊断

3、采集时间相对较长,即硬件和原理导致设备搜集满足诊断图像的时间比较长,如药物剂量过低或者准直器衰减较大,使得局部放射计数采集缓慢,会延长采集时长或采集失败

4、空间分辨性较差,即无法准确定位病灶位置。

所以陆续设备升级中对晶体采集速度,探头数量,准直器类别进行提升,并逐渐了出现SPECT与CT结合的设备,SPECT/CT具有灵敏度高,准确度高,特异性强,定位准确的特点,特别提高诊断疾病的效率和诊断准确性,实现了CT解剖学成像的结合,目前很多医院都已经完成了SPECT/CT的替换和升级

 

二、正电子发射断层扫描的设备一类

简单原理为: 正电子药物体内聚集后与周围的负电子结合后生成能量相同且方向相反的一对高能r光子,然后经过PET 测定信号通过计算机处理后显示活体组织分子图像、功能代谢图像等,即PET显像剂与靶点结合后显示的生理生化功能代谢信息等。为了方便大家理解,举个浅显的例子:原发的肿瘤病灶是个胖子,它非常喜欢吃糖,而常使用的18F-FDG作为葡萄糖类似物,其被摄取后的药物异常聚集的原因往往就跟恶性肿瘤的异常增殖和旺盛代谢有关。当然除了糖代谢外,核酸代谢,氨基酸代谢,脂肪酸代谢等流程中都可以用来诊断特殊疾病。与单电子虽然只是一字之别,但是这类设备确是目前医学诊断名副其实的高端检查。

PET使用的正电子药物种类主要氟-18(18F)、碳-11(11C)、氮-13(13N)和氧-15(15O)等,其需要医用回旋加速器生产出相应正电子放射核素原料后和化学合成器的相应试剂进行相应的化学反应而生成各种特异性的正电子药物(我们将在陆续的正电子药物科普单元中具体进行阐述),在这里回旋加速器相当于火药生产工厂(生产出各种类别的正电子核素,种类取决于不同类别的靶体和反应原料,造价较高),化学合成器相当于炮弹加工厂(我们将回旋加速器生产出来的核素传输到化学合成器中配合着不同放射药物的套药试剂盒按照标准流程进行生产),生成可以诊断各种疾病的正电子药物“炮弹”,而现有的正电子断层扫描设备发展分别加入了CT,MR部分后相当于精准雷达系统,能够细节掌握着各种正电子药物显像准确与到病灶组织及器官结合情况和精确位置的信息。

 

PET/CT

正电子发射计算机断层扫描/X射线体层成像(定位)

一种把生物分子(标记生命基本活动)即把放射性药物注入到患者体内,在体外用显像设备探索不同组织器官的反射性示踪剂的分布,观察体内的生物化学反应,通过断层扫描获得组织器官的血流功能代谢情况,为临床提供更多的生理和病理方面的诊断信息,又称作分子显像和生物化学显像.作为影像诊断的高端延伸之一。

 

优势在于:

1、使用的正电子药物的特异性和多样性能更多的反应分子功能学角度的信息

2、相应采集速度因为环状探测器和晶体类别的升级使得信息更全,速度更快,图像质量更好

3、定量的准确性提升

4、功能学与解剖学成像的结合更加完善,对病灶准确定性同时准确定位以提供更多的诊断信息,PET与CT结合使得1+1>2得以实现

5、全身扫描一次性进行,辐射剂量吸收相对较小

 

PET/CT优势临床体现

1、对于肿瘤的良恶性诊断鉴别,为疑难病灶提供准确的穿刺或者组织活检部位的选择

2、恶性肿瘤的分期分级

3、正电子示踪剂的选择可以确定肿瘤病灶的多样代谢特性

4、对不明肿瘤转移的患者寻找原发病灶成为可能

5、为已确诊的恶性肿瘤执行精准放疗提供可能性

6、对肿瘤疗效评估,确定现有治疗手段的维持,替代,结合,进而进行相应的预后判断。

7、对待肿瘤复发进行及时并且准确的评估,如区分治疗后的纤维组织与肿瘤复发。

 

为了方便大家理解,我们来设想一个场景:

一个患者在CT检查中洞察到形态学变化,如毛刺和胸膜牵拉等,发现疑似肺癌,马上需要的是对于病情的准确评估的关键步骤:

1、肺癌原发病灶是不是增生活跃,即代谢活性如何,即良恶性的评估

2、肿瘤的相关分期如何

3、全身情况评估是不是已经出现远处的转移,转移出现在哪里,数量如何

4、前期治疗方式的选择:

(1)如果只局限在局部就可以切除和其他的治疗方法联用,会达到很好的治愈率,5年生存率很高

(2)思考如果已经发生转移,比如只转移到肺门的淋巴结,也可以采取手术但需要在配合治疗的方法上进行升级和考虑

5、患者预后和治疗效果的评估,如肺部的情况,其他脏器的情况。如用药效果很好,可以选择继续用药,直到康复,或者选择更换治疗方案。即准确监测复发和转移。当然PET/CT在另外的神经系统和心血管疾病及各种类型应用都有很多的应用,如为心肌代谢的金标准等,我们这里为的是让大家对设备有个初步的概念和认知

 

PET/MR

正电子发射计算机断层扫描/磁共振成像

 

将PET与MR两类设备的优势进行融合的功能影像和分子诊断设备,成为作为核医学发展的新鲜血液,目前在中国的普及应用远远不及PET/CT,但作为核医学诊断的高端延伸有着很大的发展空间,对比PET/CT来说表观的优势性在于:

1、磁共振无电离辐射,对于辐射敏感的特殊人群更加适用,尤其是在检查中需要反复或着重确定而进行的重复扫描更加有利

2、MR对参数多序列多平面多种成像技术使得更好的完成与PET成像的重建,为陆续的前沿功能发展奠定了基础是CT无法替代的

3、高端一体化PET/MR可以同时使得PET与MR部分同时扫描,使得不在是PET/CT的两个设备的不同时间采集,降低所谓的PET-伪影和降低运动伪影等,相对充分一致同时的基于人体的情况,更加使得PET的用药量由于部分扫描时间重叠延长可以适当的优化降低

4、更多的MR钆造影剂序列结合应用相对碘对比剂更加安全,可以更加有特定性的加入到扫描流程中。

 

目前在脑部成像,心脏,神经,肿瘤中都有着更高水平的诊断应用,对于相应器官病灶的检出率也有所提升,在儿童相关和科研领域也有广泛的应用,也做到了真正的安全健康体检,PET/MR多模态应用越来越广,但如何真正完美解决PET/MR之间的干扰,如何更准确的满足两者采集时间的一致,如何进行MR多模态的序列与PET融合序列的研发,都决定了日后PET/MR应用的场景和广泛性。

 

这里另外也简单的介绍下核医学诊断的另外两块

一个是体内脏器功能性诊断:

(如常用的肾脏,甲状腺和红细胞功能性评估),注射微量的放射同位素后,用体外的相应探测仪观察放射性变化,如放射曲线变化评估肾脏血流,肾小管分泌和输尿管堵塞程度或观察放射性消失速度评估红细胞寿命情况等。

另一个体外的放射免疫分析和免疫放射分析:

前者放射免疫分析是利用定量的放射性标记抗原与待测定的非标记抗原同时与定量的特异性抗体发生竞争结合反应,反应后进行分离,通过测量反射性复合物的量来计算非标记抗原的量,绘制相应的标准曲线来得到测量结果。后者免疫放射分析是利用过量的放射性标记抗体来标记未测定的抗原,同理分离后测量测量抗原抗体复合体来验证未标记抗原的数量,是非竞争性结合的全量反应。两者的区别在于定量与全量,标记抗原还是标记抗体。