断层成像是一种广泛应用于各种领域的成像技术， 包括放射学、核医学，以及地球物理和材料科学。 它根据一个物体的截面或投影提供三维信息，常见的 例子包括 X 射线、计算机断层扫描（CT）、正电子发 射断层扫描（PET），以及单光子发射计算机断层扫 描（SPECT）。CT 扫描提供关于该物体的解剖结构信 息，而 PET 提供功能成像，可显示生物分子在体内活 动的空间分布。20 世纪 50 年代，PET 作为一种临床诊 断和临床前期用途的技术被开发出来，其用途因放射 性药物（一类有放射性的药物，通常包括放射性示踪剂） 的开发而扩大。

临床前期成像（PCI）在了解疾病状态背后的器官、 组织、细胞分子水平上的生物学过程中起着至关重要 的作用，了解机体对生理或环境变化的反应在寻找治 疗药物对抗疾病方面具有重要作用。通过向研究人员 展现组织中的药物分布模式，PCI 对评估新疗法的效 果和安全性也是十分重要。临床前期研究中的 PET 使 用户能够对同一动物受试体进行重复实验，提供具备 强大统计价值的数据，从而减少研究所需的动物数量。 因此，使用非侵入性活体成像技术来最大化利用每只 动物，正变得越来越重要。

多模态断层扫描，如 PET/CT，能让利用 PET 获 得的功能成像与通过 CT 扫描获得的解剖成像相关联。 PET 还可以与其它技术相结合，如磁共振成像（MRI）， 将功能成像与软组织形态成像结合起来。由于能提供 优越的软组织对比度、无 CT 电离辐射风险的成像以 及多参数数据，PET/MR 在临床前期成像领域中获得 了广泛的应用。

临床前期PET应用

PET、PET/CT、SPECT/CT、PET/MR 和 PET/ SPECT/CT多模态成像技术被用于许多生命科学领域， 包括肿瘤学和神经学。全身 PET 成像也可以使研究人 员能够确定新药物在身体的所有器官和组织中的药代 动力学信息。

1. 肿瘤学

临床前期研究人员对了解肿瘤发育生物学、对癌 症治疗的反应以及药物毒性很感兴趣。肿瘤有多种类 型，其中一些还未能进行良好的表征，因此像 PET 这 样的成像技术可以揭示许多不同类型肿瘤的发展机制， 以及治疗对它们产生的影响。

许多癌症与高于正常细胞的代谢周转率相关，因 此，使用 PET 和一种注射的放射性标记葡萄糖类似物 示踪剂，如氟 -18（18F）- 氟脱氧葡萄糖（18F-FDG）， 可以定量葡萄糖摄取并检测肿瘤负荷。该方法也可用 于检测分子生物标志物，这有助于肿瘤的检测和对治 疗反应的评价。PET/CT 以及最近的 PET/MR 被用 于检测 18F-FDG 聚集区，获得半定量标准化摄取值 （SUV），以帮助诊断肿瘤恶性。

组合癌症疗法往往因其能检测多靶标分子以及减 少耐药机会的能力而被采用。一项相关研究使用临床 前期 PET/CT 成像来监测不同疗法组合的 18F-FDG 肿瘤摄取情况，包括单独放疗（Rad）、Rad + 替莫唑胺（Tmz）、Rad+ 米非司酮（Mife）， 以 及 Rad + Mife + Tmz。Rad + Tmz 是针对胶质母细胞瘤的典型治疗方案， 但研究发现，使用 Mife 作为激活剂比 其它疗法组合更能抑制肿瘤生长（图 1）。目前尚未能彻底阐明 Mife 的这种 化学放射增敏作用的机制，但这类研究 有助于研究人员朝着改进现有癌症治疗 方法的方向迈出重要的一步。

临床前期实验室越来越意识到 PET/MR 对 肿 瘤 研 究 的 益 处。 由 于 MRI 在软组织成像方面的独特能力， 用户能真实的看见肿瘤边缘，并评估单 个肿瘤内的示踪剂分布，从而生成所需 的感兴趣体积（VOI）并更准确地计算 SUV。肿瘤边缘检测是临床前期肿瘤 PET 研究的一项独特而重要的进展。

2. 神经病学

神经科学家可从 PET 成像技术中 获益，获取有关大脑的代谢信息，例如 检测可能指示异常的大脑代谢活动的变 化，这些异常可能导致诸如阿尔茨海默 病（AD）、帕金森病（PD）、中风、 记忆力丧失和认知能力下降等疾病。PET 成像也用于研究成瘾和精神疾病。 通过将 PET 用于临床前期研究大脑对 行为和认知的影响，研究人员可以提高 他们对健康个体中神经系统过程、以及 各种疾病状态的理解，并阐明其组织和 连接方面的异常。

PET/MR 在神经学中特别有用， 因为它提供同步的软组织图像和代谢成 像，使科学家能够研究临床前期动物模 型中大脑的解剖结构、病理和代谢异常。 研究人员可以使用 PET 和 MRI 来定位 脑组织中的分子标记，并以高分辨率显 示大脑的微观结构、神经连接、血管系 统和活动。 

神经退行性疾病，如 AD、PD、多 发性硬化和亨廷顿氏病是临床前期研究 的重点，MRI 技术提供了确定中枢神 经系统组织结构和功能所需的高空间 分辨率体内成像。与 MRI 结合使用， PET 成像使科学家能够研究神经退行 性疾病的病理特征，如 AD 模型中的淀 粉样蛋白 β（Aβ）和 tau 蛋白沉积。

与肿瘤学应用相似，葡萄糖代谢是许多神经疾病的有用生物标志物。正常 的脑葡萄糖代谢受许多疾病状态的影 响，可以通过 18F-FDG-PET 很容易 地进行监测。目前，大多数 AD 疗法都 是针对疾病的症状，而非潜在的原因。 一些研究已经探索了通过针对疾病早期 起因的治疗来阻止 AD 发展的可能性。 例如，通过 18F-FDG-PET 测量在一 项实验发现，一种新的候选治疗性合成 大麻素 JWH（一种选择性 CB2 兴奋剂） 显著增加了小鼠海马和皮质区域的代谢 活性。使用 JWH 后，小鼠的神经炎症 降低，且 Aβ 清除率提高，从而改善 了整体认知能力。

PET技术进展

PET 系统必须满足多种性能标准， 才能提供最高质量的成像结果。一定程 度上，分辨率和灵敏度取决于探测器中 阻止伽马射线的材料（闪烁体）以及探 测器设计。需要一种非常致密的材料来 阻止尽可能多的伽马射线。因此，可将 伽马射线能转换成光的致密的厚闪烁晶 体是 PET 探测器的首选材料。晶体的 大小会影响 PET 的分辨率。环的直径 和相互作用深度（DOI）校正也必须针 对高分辨率成像进行优化。晶体技术也 为 PET 的灵敏度提供了基础，近年来 已取得了一些进展。该行业一直以像素 化晶体为主，这些晶体紧密地排布在一 起，但新的连续晶体的使用已显示出更 好的光分布测量性能，因此，能大大提 高分辨率和灵敏度。

先进的新型 PET 仪器结合了连续 晶体闪烁体以及新的光探测技术，具备 卓越的成像能力。连续晶体不使用传统 的雪崩光电二极管（APD）或光电倍增 管（PMT），而是与硅光电倍增管（SiPM） 光电传感器耦合，以便准确确定探测器 晶体内所有伽玛 – 光子相互作用的三 个空间坐标。其结果是达到亚毫米级的 空间分辨率，不考虑正电子，这一术语 被称为全场精度（FFA）。FFA 能产生 可重复性更高的数据，不受样本位置变 化的干扰，并在整个 FOV 上对大样本 或多只动物进行更可靠的成像，以促进 临床前期成像的准确性和提高通量。

未来的临床前期PET

多模态 PET 成像使科学家能够在 跨越多个领域的临床前期研究中开辟新 的天地。作为一种高敏感性的无创技术， PET 有助于提高对疾病潜在原因的认 识，并改进检测和治疗方法。临床前 期 PET 研究促进了成像生物标志物的 开发，以期将其转化为临床应用，以识 别有风险或处于疾病早期阶段的患者。 多模态系统，如 Albira Si PET/SPECT/ CT、PET/CT Si78 和 PET/MRI Inset and Inline 系统，使研究人员能够便捷 地 将 PET 成 像 的 优 点 与 CT、SPECT 和 MRI 技术相结合，以获得最佳的成 像效果。

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参考文献

1. Llaguno-Munive M, Medina LA, Jurado R, Romero-Piña M andGarcia-Lopez P (2013) Mifepristone improves chemoradiation response in glioblastoma xenografts, Cancer Cell International, 13:29, https://doi. org/10.1186/1475-2867-13-29

2. Martín-Moreno AM, Brera B, Spuch C, Carro E, García-García L, Delgado M, Pozo MA, Innamorato NG,Cuadrado A and de Ceballos ML (2012) Prolonged oral cannabinoid administration prevents neuroinflammation, lowers β-amyloid levels and improved cognitive performance in Tg APP 2576 mice, Journal of Neuroinflammation, 9:8, doi:10.1186/1742- 2094-9-8.

作者：Sonica van Wyk