(一)PET

PET是positron emission tomography的缩写，汉语名称为正电子发射计算机断层仪。PET是利用放射性核素示踪剂，无创伤地进行显像以反映脏器的功能、血流和代谢变化。由于脏器的任何由疾病导致的解剖结构变化之前均会发生血流功能和代谢的变化，因此，PET具有发现疾病早期功能代谢改变的能力，为治疗赢得宝贵的时间。PET是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医学影像技术，是核医学最高水平的标志。PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素，如¹⁸F、¹³N、¹⁵O、¹¹C等作为示踪剂注入人体，参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素，利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子，被探头的晶体所探测，经过计算机对原始数据重建处理，得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心、全身其他器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。

(二)PET-CT

PET-CT将CT与PET融为一体，由CT提供病灶的精确解剖定位，而PET提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息，具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点，一次显像可获得全身各方位的断层图像，可一目了然的了解全身整体状况，达到早期发现病灶和诊断疾病的目的。

PET-CT将PET和CT有机结合在一起，使用同一个检查床和同一个图像处理工作站，将PET图像和CT图像融合，可以同时放映病灶的病理生理变化和形态结构，明显提高诊断的准确性。PET-CT能对肿瘤进行早期诊断和鉴别诊断，鉴别肿瘤有无复发，对肿瘤进行分期和再分期，寻找肿瘤原发和转移灶，指导和确定肿瘤的治疗方案、评价疗效。PET-CT能对癫痫灶准确定位，也是诊断抑郁症、帕金森氏病、老年性痴呆等疾病的独特检查方法。经PET-CT的引导，采用X-刀或γ-刀治疗，收到很好的治疗效果。PET-CT能鉴别心肌是否存活，为是否需要手术提供客观依据。目前，PET-CT心肌显像是公认的估价心肌活力的“金标准”，是心肌梗死再血管化(血运重建)等治疗前的必要检查，并为放疗评价提供依据。PET-CT对早期冠心病的诊断也有重要价值。PET-CT也是健康查体的手段，它能一次显像完成全身检测，可早期发现严重危害人们身体健康的肿瘤及心、脑疾病，达到有病早治无病预防的目的。现代医学认为，绝大多数疾病是体内生化过程失调的结果，PET-CT可在生理状态下动态地定量观察体内分子水平的生化变化。随着人类基因的解密，对危害人类健康的肿瘤及心、脑疾病和各种遗传性疾病的产生、发展和治疗后转归，将从根本上得到认识，也可望从根本上找到有效地治疗方案。PET-CT基因显像是连接临床与基础基因研究的“桥梁”。

(三)PET-MRI

PET-MRI是继PET-CT商业化多年后，多门类混合、集成一体化影像设备的合乎逻辑的发展，同机融合PET-MRI系统更是被推崇为发展分子影像学和功能成像的理想设备和具有极佳拓展性的解决方案，多年以来一直为业界所关注和期待。PET-MRI的优势主要在于：

1．借助于高场超导MRI的高分辨率和PET的高灵敏度，可以实现解剖结构显像和功能成像的互补。高场超导MRI具有极佳的软组织分辨率和空间分辨率、相比于CT又没有电离辐射。因而在肿瘤诊断中可用于提高诊断精度，精确制订放射治疗计划。在脑部研究中，可提高对神经生物学探测和定量分析的灵敏度。在PET引导MR显微医学中，可进行基因表达、双标记探针等的研究。

2．可以实现MRI的功能成像与PET的功能成像的强强联合和交叉验证。例如在脑血流研究中，用¹⁵O标记水(H₂O)作为示踪剂检测脑血流的PET方法可以与MRI的动脉自旋标记法(arterialsSpin labeling)进行对比和联合。在新陈代谢研究中，采用PET测量正常人脑在静息状态下的氧摄取指数(oxygen extraction fraction，OEF)的OEF-PET与功能MRI的血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent，BOLD)脑功能成像方法可以进行对比和联合。在复杂药理作用的不同阶段的评价中，可以进行PET配基研究以及脑刺激研究。比如神经受体表达或特性研究，脑血流容积CBV(cerebral blood volume)图研究等。在肿瘤治疗中，可以用于监测肿瘤治疗效果。

3．在MR波谱研究与PET技术的基础上，可以实现新陈代谢测量技术的联合。PET可以和MR波谱合并使用以测量空间匹配区域内的组织的生物化学特性，并用于评定新陈代谢状态或者肿瘤的存在率以及指定区域的其他疾病。在肿瘤代谢研究方面，可以实现¹⁸F-FDG PET与³¹P-MRS扫描技术的联合。在肿瘤细胞增殖活性研究中，可以实现¹⁸F-FLT(氟脱氧胸苷)或¹¹C-MET(蛋氨酸)PET与Choline1H-MRS(胆碱化合物峰值波谱分析)的联合。在肿瘤乏氧研究中，可以实现¹⁸F-MISO或⁶⁴Cu-ATSM PET及¹H-MRS或TF-MISO1⁹F-MRS的联合。在神经衰变紊乱(neurodegenerative disorder)研究中，可以实现CMRglc¹⁸F-FDG PET和NAA¹H-MRS[N-乙酰冬氨酸(N-acetylaspartate，NAA)4／12峰值波谱分析]的联合。在代谢率研究中，可以实现¹⁸F-FDG PET和¹³C标记葡萄糖MRS的联合。

4．在探针领域，可以实现PET所用的一些诊断性核素分子探针与MRI所用的细胞体内示踪法和细胞疫苗疗法的联合。并进行一些交叉验证，可以实现对一些复杂疾病的诊断和监控。

5．PET-MRI可以依靠功能MRI研究血流、代谢或脑部研究中的受体表达之间的实时关系，具有在一次性检查中评估血流、弥散、灌注和心脏运动的能力，因而在临床应用上目前主要着重在脑部疾病、神经疾病、肿瘤和心脏疾病的辨别、诊断和监控。例如对轻度认知功能障碍和阿尔茨海默症的诊断和监控；对前列腺、乳腺和肝癌的诊断，对脑部肿瘤手术的监控；对由于代谢紊乱所造成的精神疾病的诊断，包括忧郁症、痴呆、精神分裂症、强迫性紊乱等。

6．MRI不存在电离辐射，因此，可以进行一些在其他设备上有所限制的研究和疾病诊断。例如对于儿科疾病的诊断，以往多数情况下，需要考虑辐射曝光量对儿童健康的影响，使用同机融合PET-MRI系统就能避开这些困扰，从而可以诊断得更好。

(四)PET成像技术在小型猪研究中的应用

小型猪医学研究中PET成像技术的应用主要包括：PET等新设备、新技术对于疾病的检出能力的检测与评估；通过对小型猪医学模型的检测来优化、调整PET的扫描参数、新型示踪剂的研发；对小型猪医学模型进行治疗的疗效评价、预后评估；分子影像学成像研究；以PET检查结果作为“金标准”来评价MR或CT等其他检查方法的诊断能力。以下是几个应用示例。

1．多巴酚丁胺负荷用于猪缺血心肌¹⁸F-FDG代谢显像的价值  本实验旨在探讨多巴酚丁胺负荷情况下实验猪缺血心肌对¹⁸F-脱氧葡萄糖(FDG)的摄取情况。

15头中国实验用小型猪，于冠状动脉左前降支近中段放置动脉环，造成慢性冠状动脉狭窄。分别在静息和多巴酚丁胺负荷试验时，进行⁹⁹Tcm-甲氧基异丁基异腈(MIBI)心肌灌注和¹⁸F-FDG心肌代谢SPECT显像。⁹⁹Tcm-MIBI心肌血流灌注图像用17段4分法进行半定量分析，通过测量心肌短轴感兴趣区(ROI)放射性计数，对缺损的可逆程度进行定量分析。¹⁸F-FDG心肌代谢图像分析通过在原始投影数据上勾画ROI，计算心脏与肝脏的平均放射性比值(H／Li)、心脏与右肺尖的平均放射性比值(H／L)。所有实验猪均行冠状动脉造影检查。冠状动脉造影发现，所有实验猪的冠状动脉左前降支狭窄均大于50％。⁹⁹Tcm-MIBI药物负荷和静息显像时的心肌血流灌注半定量评分分别为(9.5±8.3)和(8.3±8.4)分，两者差异有显著性(P<0.05)。缺损可逆程度比值为1.17±0.14。¹⁸F-FDG图像分析发现在静息情况下，H／Li比值为1.06±0.10，H／L比值为1.40±0.18；而在多巴酚丁胺负荷情况下，心脏对18F-FDG的摄取相对增加：H／Li比值为1.25±0.15(P<0.0001)，与缺血可逆程度呈明显正相关(r=0.64，P=0.007)，H／L比值为1.77±0.33(P=0．001)，与缺血可逆程度呈明显正相关(r=0.51，P<0.05)。实验表明多巴酚丁胺负荷可使缺血心肌增加对18F-FDG的摄取。

2．植入猪心肌内的人间质干细胞(MSCs)报告基因成像  本研究采用PET／CT扫描，评价植入猪心肌内的人间质干细胞(MSCs)报告基因成像的可行性。

本实验采用不同剂量的含有巨细胞病毒(CMV)启动子的腺病毒进行人MSCs的转导，CMV启动子诱导变异的1型单纯疱疹病毒胸腺嘧啶脱氧核苷激酶的报告基因(Ad-CMV-HSV1-sr39tk)在细胞培养中确定其特征。将总量为2.25×10⁶的转导变异的人MSCs(n=5)和未转导变异的人MSCs(n=5)注入10只大鼠的心肌，采用放射性示踪剂9-(4-[^F18]-F-3-羟甲基丁基)-鸟嘌呤(FHBG)的微PET显示人MSCs的报告基因表达。不同数量的转导变异人MSCs悬浮于磷酸缓冲溶液(PBS)(n=4)或基质胶(n=5)中，将MSCs注入9头猪心肌，采用临床的PET／CT显示基因表达。猪PET／CT成像：GE，Discovery LightSpeed Plus PET／CT扫描仪；仰卧位，先扫描定位片(30mAs，120kV)，然后进行心脏平扫(层厚5mm，床速38毫米／周，管球转速0.8秒／圈，120kV 150mA；在心脏内注射人MSCs 8小时，注射FHBG 4小时，进行PET成像)采用线性回归分析和t检验分析细胞培养的实验结果。采用单侧配对Wilcoxon检验分析大鼠和猪的注射后和远端心肌对放射性示踪剂的摄取差异。对于猪的实验数据，采用线性回归分析放射性示踪剂摄取率与转导变异人MSCs注射量的关系。

在细胞培养中，人MSCs的基因表达和FHBG摄取存在病毒剂量依赖性。人MSCs存活率为96.7％(多重感染)。注射人MSCs[0.0054％注射剂量(ID)／g±0.0007(标准差)]后的大鼠心肌FHBG摄取与远端心肌(0.0003％ID／g±0.0001)相比明显增高(P<0.0001)。猪的心肌放射性示踪剂摄取量在注射100×10⁶的人MSCs后仍没有提高(PBS组)。在基质胶组，注射100×10⁶的人MSCs后，信噪比增加至1.87，与人MSCs注射量呈正相关(JP<0.001)。

实验表明，MSCs报告基因成像可转移至大动物。本研究强调了同时给予“脚手架”以增加心肌内人MSCs滞留的重要性。

3．N-甲基-¹¹C-cholylsarcosine用于猪肝分泌功能PET-CT成像  本实验旨在检测N-甲基-¹¹C-cholylsarcosine作为一种新型示踪剂，能否用于肝分泌功能PET-CT成像。

通过对猪的PET／CT成像来检查N-甲基-¹¹C-cholylsarcosine肝脏由血中摄取以及肝脏到胆管的摄取功能。一共3头猪用于实验。第一头猪先注射内源性胆汁酸来阻止经肝细胞对N-甲基-¹¹C-cholylsarcosine的转运，然后再注射N-甲基-¹¹C-cholylsarcosine进行PET／CT成像，第二头猪用于N-甲基-¹¹C-cholylsarcosine的器官内分布情况研究，给猪注射N-甲基-¹¹C-cholylsarcosine，然后进行5次连续的全身PET／CT成像。第三头猪用于研究血液、胆汁中N-甲基-¹¹C-cholylsarcosine的含量分析。

实验结果显示，N-甲基-¹¹C-cholylsarcosine能快速地由血进入肝脏并经肝脏分泌进入胆汁，胆汁内的浓度比肝组织内高90倍以上。内源性胆汁酸能够阻止N-甲基-¹¹C-cholylsar-cosine的转运，表明两者在肝内为相同的转运途径。在血浆和胆汁内没有发现N-甲基-¹¹C-cholylsarcosin，说明其不在肝内或小肠内代谢。

本实验研究说明N-甲基-¹¹C-cholylsarcosine作为一种新型示踪剂，可以用于肝分泌功能PET／CT成像，也许在不久的将来，这种造影剂可以用于人类正常或病理状态下肝脏分泌功能研究。