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正子断层扫描

“正子扫描”是核子医学扫描检查的一种。它利用“正子扫描仪”在病患注射放射药剂之后进行全身或局部的扫描检查。它是1974年发明的仪器。历经二十多年来一直被定位为研究工具,终于在1997年突破了美国HCFA (Health Care Financing Administration现已改由CMS, Centers for Medicare & Medicaid Services代之)严格的审查核准给予医疗保险给付之后终于在临床应用上灿放出美丽的花朵。换言之,算是得到医界一致的肯定、认可与接受。

正子断层扫描(positronemissiontomography,简称PET)是二十世纪末重要的医诊断仪器。

正子断层扫描技术可以侦测出乳癌是否扩散到女性的淋巴结。乳癌扩散到淋巴结的话,淋巴结就必须切除,这种新技术可以直接帮医生找出罹癌的淋巴结,让一些女性免于第二次的手术。

这种技术必须在女性身上注射类似葡萄糖的放射线追踪剂FDG做为显影,因为癌细胞生长非常快速,比正常的细胞需要更多葡萄糖作为能量,所以他们比其它细胞吸取更多的FDG,而在PET(正子断层)影像扫描下更为明显。

但是AliceChung医师、EdwardH.Phillips医师和同事们并不只用眼睛观察这51位有侵入性乳癌女性所做的FDG-PET扫描片,他们会估算这些女性的淋巴结吸收多少FDG,也称为标准吸收值或简称SUV。超过某个SUV阈值的话,就可确认PET扫瞄预测淋巴结癌是100%准确,但是它的敏感度只有60%,也就是它会错失一些罹癌的淋巴结。Phillips医师在新闻稿中表示,FDG-PET并不是完美的检测,在我们继续发展新技术的同时,他相信能够更精确地辨识出更小的肿瘤。

研究人员表示,他们不认为FDG-PET扫瞄应该取代其它象是前哨淋巴结切片技术等,因为它们都能帮助医生确定妇女们是否该切除淋巴结;但他们表示,这种技术让医生多一种更有效及容易治疗乳癌的方法。

由于分子生物学与遗传学之大幅进步,业已进入“分子医学”阶段;核子医学亦因回旋加速器与正子电脑断层摄影仪之发展,得以进行活体生化造影,而迈向“分子核医学”新纪元;至此人体各器官局部代谢与细胞传导各种功能影像乃得以遂行,以达成早期诊断、早期治疗之目的;尤以神经科学、心脏学及癌症学上的研究与应用已发挥重大贡献;因而虽所费至钜,然而各先进国家莫不大力发展。

目前全球计有一百五十个回旋加速器中心,总计260座正子电脑断层扫描仪;其中美国为科技超强国家,拥有60个回旋加速器中心及120座正子断层扫描仪。我们的邻近国家─日本也有21个回旋加速器中心及35座正子电脑断层扫描仪。中国台湾于民国八十一年十一月由政府斥资于台北荣民总医院成立“北部国家多目标医用回旋加速器中心”,北部台大医院亦于八十四年三月由该院预算设置中国第二部正子断层扫描仪。中部中山医学院急起直追八十七年购置三部正子电脑断层扫描仪,并于八十八年四月已开始运转,服务中部病患。

此外,长庚医院及台北医学院正与厂商议价中,三军总医院已编列预算及预留空间准备成立“回旋加速器中心”,新光医院及台中荣民总医院正审慎评估,欲谋定而后动;惟独南部地区尚无此计划。国立成功大学医学中心为南部医学重镇,位居云、嘉、南、高屏地理位置之中心,为嘉惠南部病患,并提升南部医学及基础科学研究水准,实有必要筹设“南部国家医用回旋加速器及正子断层扫描中心”。

一、它是唯一能提供活体生化和生理定量诊断讯息的医学影像。

二、伽玛射线在体内之衰减attenuation因素可完全去除,因此可以准确的测量局部同位素分布量。

三、由於不需使用铅制之准直仪,可大幅提高PET侦测伽玛射线之效率和系统解像力。

四、由于人体器官的化学成分中之元素如碳、氧、氮等均可由正子放射性同位素碳-11、氧-15、氮-13取代,而器官化学成份之一大宗-氢,又可由氟-18取代,故PET可用於显示器官之代谢状况其研究范围将无可限量。

在医学影像中,放射科包括X光正子断层扫描造影CT与磁振造影MRI乃属以解剖为主之专门,核医则以功能为主之专门,而解剖变化常为功能失常之结果。传统核医造影多属生理功能造影,局限于生理功能之测定如脑血流量、胃排空率等,对病患早期诊断、治疗方针、追踪监测固有莫大重要性,然核医造影因正子断层造影与回旋加速器之应用获得重大突破,而步入人类活体生化造影imagingofin-vivobiochemistryinman新纪元,可在毫无伤害性情下,逐行各器官局部代谢regionalmetabolism之临床造影,对医用生物基础知识之进展与临床应用均有划时代之影响。

正子是电子的反粒子,与电子有相同质量。在原子核中,质子数多月中子数的同位素为达稳定状态,便可能发生质子转变为中子而释出正子与微中子现象,所释出的正子会与邻近物质之电子结合而互毁Annihilation,因质能互换产生方向相反而能量相同511KeV的两个伽玛射线。为同时补捉二伽玛射线,PET的侦测器必需成对设计,当两相对的侦测器同时侦测到伽玛射线时即形成有效事件,这个过程叫相符侦测coincidencedectection。再将一排侦测器上所测得之所有计数资料视为某一角度之线积分,利用影像重组原理将各角度之投影资料作反投影工作,便可求出原始分布影像图来。

以SiemensECATEXACTHR为例,其侦测器由三组八环单元所构成,若偶合侦测发生在同一环上,则此资料可用以产生directplaneimage,若偶合发生在两个邻环的侦测器上,则这些资料可用以产生crossplaneimage,在ECATEXACTHR上因有24个DIECTEPLANE与23个crossplane,故可形成47个断层面。环的直径为82公分,可作全身扫描,其空间解像力约为4毫米。

一、由回旋加速器产生各种正子核种如F-18,O-13,C-11

二、由放射化学实验室合成各种所需之正子放射药物如F-18FDG,C-11methionine

三、将放射药物注入人体,并於PET造影仪下扫描。

四、将所搜集资料重组成影像并加以分析。

一、肿瘤学方面

癌症近年来高居全国十大死因之首,中国实有必要对癌症病灶之生化变化与生长情形予以了解,能拟定治疗对策。PET之问世能直接对肿瘤异常生化表徵(biochemicalphenotypeofmalignancy)予以造影及定量测定,其测定功能包括:肿瘤局部血流、耗氧量、氨基酸代谢、葡萄糖代谢、酸碱值、血脑屏障、肿瘤接受器等研究。其发展方向则包括:

1、良恶性肿瘤之区分─肺部结节

2、恶性分化程度之评估─脑瘤

3、局部转移之侦测─肺癌、乳癌

4、全身转移之侦测─各种癌症

5、治疗成效之监测─需接受化学治疗之癌症

6、肿瘤复发之侦测─大肠癌、卵巢癌

7、放射性坏死与肿瘤复发之鉴别诊断─脑瘤

8、动情素接受体检查─乳癌

二、心脏学方面:

过去医界对月心脏病之研究多著重于解剖结构、冠状动脉以及心脏整体或局部功能之探讨,而对于心脏之代谢尤其是局部心脏病变与代谢异常之间的关系,所知极为有限。PET之发展能正确、真实地反应心脏之生化代谢情形,能早期侦测心肌组织病变所导致的代谢功能异常情形,及时进行早期治疗。

发展之重点主要为:

1、心肌存活细胞之侦测─对于急性心肌梗塞后之病患,能侦测其心肌缺血处有无存活细胞,以筛选需手术治疗或介入性治疗的病患,并防止进一步梗塞的发生。

2、冠状动脉疾病之侦测─能比目前核医或超音波检查更早期正确的侦测心肌缺氧现象。

3、扩张性心肌病变之侦测。

三、神经学方面

1、脑中风

由於PET对于脑部局部代谢率及血流量能进行精确的评估,因此在脑中风(即脑血管病变)的诊断、治疗及预后的评估贡献甚大。于中风初期无论是断层或是核磁共振摄影皆无法显现出来,此时PET可以用代谢量的降低为病变位置之定量,而在治疗过程中以PET进行追踪可以发现结果持续异常者,其预后较差。

2、癫痫症

癫痫症为常见的神经科疾病,于病人未发作时电脑断层及核磁共振检查是正常也仅能靠PET检查中呈现之局部血流量或代谢率的降低来做为癫痫病灶之推定。在拟进行手术治疗的病患PET是极佳的非侵袭性检查。

3、失智症

失智症(即痴呆症或亚次海默症Alzheimer’sdisease)在早期当临床上尚无法诊断之前,PET即可在特定之顶叶及叶显示异常。失智症的早期诊断有助于早期治疗以减缓失智症之加重,进而提病患生活品质、并减低医疗照顾成本。

4、巴金森氏症

巴金森氏症(Parkinson’sdisease)的病患于进行脑部交感性组织移植之前,也宜以PETScan做术前之评估及术后之追踪。

四、精神疾病方面

以往精神疾病之脑部研究多从死后(postmortem)或其他脑部病变作间接的研究。如今,由於PET发展之突破,大脑疾病的研究可以在活体(Invivo)下作动态的直接研究,以探讨各类精神疾病的病因,病理及治疗研究,并可能成为将来重要之诊断工具之一。

目前发展之方向包括:

1、忧郁症(Depression)与痴呆症(Dementia)的鉴别诊断

(1)、痴呆症若以抗剂治疗,其抗胆碱作用(Anticholinergiceffect)会恶化痴呆症状。

(2)、忧症(又叫假性痴呆)若误为痴呆症而延误治疗,可能危及生命,所以明确的鉴别诊断深具临床实用价值。

2、精神分裂病

3、情感型精神病症(躁症或郁症)

4、饮食障碍(厌食或暴食)

5、强迫症

6、恐慌症

7、社交畏惧症

8、药物滥用

五、电脑影像处理方面:

核子医学部对于人体生理之探讨,扮演十分重要的角色。尤其在对各器官功能的量测与评估方面,更能补足一般放射扫描重器官结构影像的缺失。正子断层摄影技术(PET)尤其是近年来核子医学技术之重大突破,能提供更真实与确之人体生理代谢之观察,尤其心脏、脑部及肿瘤之临床评估上已被肯定与使用。由工程的角度观察则发展之重点应在:

1、改进正子成像技术

2、整合功能性与解剖性影像媒介(modalities)

3、定性与定量病灶评估与量测

4、制作衍生性医疗影像网路与系统

5、基础理论探讨及其他精密的临床研究。


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