健康人群全身動態(tài)13N-NH3·H2O PET/CT顯像13N-NH3·H2O的生物分布及輻射吸收劑量評估

張芳玲，易 暢，余冬蘭，趙彬良，史新沖，張祥松*

(1.中山大學附屬第一醫(yī)院影像科，2.設(shè)備科，廣東 廣州 510080)

健康人群全身動態(tài)13N-NH3·H2O PET/CT顯像13N-NH3·H2O的生物分布及輻射吸收劑量評估

張芳玲1，易 暢1，余冬蘭2，趙彬良1，史新沖1，張祥松1*

(1.中山大學附屬第一醫(yī)院影像科，2.設(shè)備科，廣東 廣州 510080)

目的 探討健康人群13N-NH3·H2O PET/CT顯像中13N-NH3·H2O的生物分布和主要器官的輻射吸收劑量。方法 對5名健康志愿者在注射666～814 MBq13N-NH3·H2O后進行全身PET/CT掃描，獲得每名受試者的連續(xù)動態(tài)圖像。通過CT二維軸位圖像手動勾畫ROI，并在PET圖像中找出相應層面，按照醫(yī)學內(nèi)照射劑量計算(MIRD)方法評估13N-NH3·H2O的吸收劑量。結(jié)果 心臟、肝及雙腎13N-NH3·H2O攝取最高，其次為胰腺、腦組織、脾臟和胃。心臟的吸收劑量最高，為(7.14±3.63)×10-3mGy/MBq。受試者全身輻射吸收劑量為(2.11±0.44)×10-3mGy/MBq，全身有效劑量為(6.58±1.23)×10-3mSv/MBq。結(jié)論13N-NH3·H2O作為重要的心肌顯像示蹤劑，用于人體全身PET/CT顯像的輻射劑量是安全的。

正電子發(fā)射型體層攝影術(shù)；輻射劑量；健康人；13N-NH3·H2O

13N-NH3·H2O是一種測定心臟和腦組織等局部血流量的示蹤劑[1-2]，作為氮代謝的主要物質(zhì)，其在谷氨酰胺合成中也具有重要作用。既往曾有學者[3-4]對13N-NH3·H2O在人體部分組織器官的輻射劑量進行研究，但受限于研究設(shè)備(均為SPECT)，不可全身連續(xù)動態(tài)掃描。目前關(guān)于PET/CT人體13N-NH3·H2O顯像輻射劑量的研究主要為動物實驗，少數(shù)臨床研究的樣本量也均相對較小，且多為單純PET掃描，而非PET/CT[5-6]。本研究對5名健康志愿者進行全身動態(tài)13N-NH3·H2O PET/CT成像，以醫(yī)學內(nèi)照射劑量計算方法(medical internal radiation dosimetry method， MIRD)對人體主要組織器官進行輻射劑量評估，以期為臨床安全應用13N-NH3·H2O提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.113N-NH3·H2O的制備 采用在線合成法，以Cyclone-10/5回旋加速器(IBA)通過[16O(p,α)13N]核反應產(chǎn)生13N-NH3，并在13N-NH3中加入少量乙醇，防止13N氧化。13N-NH3·H2O的放化純度達99%，總合成時間≤10 min。

1.2 一般資料 征集健康志愿者共5名(表1)，男3名，女2名，年齡57～78歲，平均(65.0±8.2)歲，既往身體健康，常規(guī)體格檢查、血液及尿液分析等實驗室檢查、精神科檢查均正常。本研究經(jīng)我院醫(yī)學倫理委員會批準，所有受試者均簽署知情同意書。

表1 5名健康志愿者的一般資料及13N-NH3·H2O的注射活性

1.3 儀器與方法 采用Philips Gemini GXL 16 PET/CT掃描儀。所有受試者在注射放射性同位素前至少禁食8 h。經(jīng)低劑量CT(low dose CT， ldCT)掃描對圖像進行衰減校正。CT掃描參數(shù)：峰值電壓140 kV，管電流50 mAs，螺距0.813，球管旋轉(zhuǎn)時間0.5 s。對受試者注射666～814 MBq的13N-NH3·H2O后分別進行5次連續(xù)全身動態(tài)掃描。依據(jù)每名受試者的身高，選擇9或10種檢查床位置(視野15 cm)。前2次二維模式全身掃描每次檢查掃描時間為1 min，隨后2次掃描時間增加至1 min 10 s，最后1次掃描時間為1 min 30 s。每名受試者1～5次掃描的開始時間分別為13N-NH3·H2O 注射后0.5、12.5、25、40和55 min。全身圖像重建采用二維有序子集最大期望算法(OSEM)，進行4次迭代，包含15個子集，高斯濾波5.14 mm，變焦為1。

1.4 圖像分析 將所有圖像數(shù)據(jù)均傳至Philips Gemini工作站。測量分析的源器官包括腦、甲狀腺、雙肺、心臟、肝、膽囊、胃、雙腎、胰腺、脾及骨髓。并將肌肉組織納入生物分布分析，另對膀胱進行輻射吸收劑量分析。骨髓攝取以脊柱和股骨頭為參考，心臟和胃的ROI分別設(shè)定于心壁和胃壁。除骨髓和膀胱外，其余所有ROI的選擇均以CT作為參考，在第1次掃描的PET二維軸位圖像中進行手工勾畫。由于放射性藥物的排泄可導致膀胱大小和形態(tài)發(fā)生變化，因此膀胱的ROI在每次掃描中均需重新勾畫；骨髓的ROI在冠狀位圖像中進行勾畫。分別獲得各臟器的時間-放射性活度曲線(time-activity curves， TAC)；計算每個源器官的累積活度，以進行輻射吸收劑量分析。剩余活性為每個時間點全身總活性減去所有已知源器官的活性[7]。

1.4.1 放射性滯留時間 每個源器官不同時間點的衰減活性以放射性攝取活度分數(shù)(percentage of the injected dose， %ID)表示，%ID=各源器官的活度/總的注射活度×100%；并通過TAC的曲線下面積(area under the curve， AUC)估算源器官的放射性滯留時間。采用Matlab 7.0軟件，采用非線性最小二乘回歸算法，單指數(shù)或雙指數(shù)函數(shù)迭代，獲得各源器官衰減校正的TAC，從零至無窮大積分獲得的AUC，即為放射性滯留時間[8]。獲得的膀胱%ID包括尿液的總活性，故收集每名受檢者的尿液并測量其活性，從膀胱總活性中減去尿液活性，獲得校正的膀胱活性。雖然每名受試者的排泄時間為注射13N-NH3·H2O后71～87 min，但因時間間隔較短(僅6～7 min)，本研究假設(shè)最后1次掃描至排泄之前膀胱的總活性恒定。膀胱的放射性滯留時間為TAC中零至最后1次掃描的時間加最后1次掃描至自然衰退的時間[9]。

1.4.2 吸收劑量 靶器官的輻射吸收劑量參照標準70 kg成年男性的吸收分數(shù)計算。采用標準MIRD算法，S因子的值通過查表格獲得[10]。計算靶器官的平均總吸收劑量(mean total absorbed dose，Dk)，Dk=∑[τ0s(rk←r0)]，其中τ0為源器官的滯留時間，rk為靶器官，ro為源器官。有效劑量(effective dose， ED)計算公式：E=∑WtHt，其中Wt為靶器官的權(quán)重因子，Ht為靶器官的劑量當量，Ht=WRDk，WR為輻射的權(quán)重因子。由于伽馬射線和13N激發(fā)的正電子的權(quán)重因子為1，因此Ht數(shù)值等同于Dk。

2 結(jié)果

在13N-NH3·H2O注射前及研究結(jié)束后5名受試者的生命體征均平穩(wěn)。其中1名受試者不同時間13N-NH3·H2O的生物分布見圖1，其心臟、肝及雙腎可見較高的放射性濃聚；胰腺、骨髓、雙肺、脾、膽囊、胃和腦呈中等濃聚；甲狀腺攝取隨時間延長而減低，膀胱攝取隨時間增加。

各器官衰減校正的TAC見圖2。放射性攝取活度最高者為肝，其最高峰出現(xiàn)在第1幀采集中，峰值%ID為(26.10±7.76)%。雙肺、腦、雙腎、骨髓、心臟、胃、脾的峰值%ID出現(xiàn)在注射13N-NH3·H2O后0.5 min左右。膀胱的累計活度符合雙指數(shù)曲線，由此估計通過膀胱排泄的%ID，獲得膀胱的峰值%ID為(0.84±0.66)%。

5名受試者的源器官平均放射性滯留時間見表2。全身13N-NH3·H2O滯留時間為(8.29±2.30)×10-2h，肝的滯留時間最長，甲狀腺的滯留時間最短。

表2 源器官13N-NH3·H2O滯留時間(h，n=5)

每名受試者單個靶器官的輻射吸收劑量見表3。心臟的吸收劑量最高，為(7.14±3.63)×10-3mGy/MBq，其次為雙腎[(6.02±3.53)×10-3mGy/MBq]、骨髓[(5.30±3.13)×10-3mGy/MBq]、肝[(4.94±2.83)×10-3mGy/MBq]，甲狀腺的吸收劑量較低，為(1.50±0.79)×10-3mGy/MBq。受試者全身吸收劑量為(2.11±0.44)×10-3mGy/MBq，全身ED為(6.58±1.23)×10-3mSv/MBq。每名受試者單次13N-NH3·H2O PET/CT掃描輻射吸收劑量為555～740 MBq，ED為3.65～4.87 mSv。

表3 靶器官13N-NH3·H2O輻射吸收劑量(mGy/MBq，n=5)

3 討論

本研究基于健康志愿者全身PET/CT動態(tài)顯像評估13N-NH3·H2O的生物分布和輻射吸收劑量，發(fā)現(xiàn)心臟的吸收劑量在所有臟器中最高[(7.14±3.63)×10-3mGy/MBq]，可能因筆者假定包括血池在內(nèi)所有放射性均為心壁的攝取，高估了心壁的實際吸收劑量。13N-NH3·H2O通過腎臟及肝膽系統(tǒng)排泄，使雙腎及肝的吸收劑量較高[11]，分別為(6.02±3.53)×10-3mGy/MBq和(4.94±2.83)×10-3mGy/MBq。本研究結(jié)果顯示，受試者全身吸收劑量為(2.11±0.44)×10-3mGy/MBq，與Lockwood[3]研究報道的0.001 5 mGy/MBq相似。本研究發(fā)現(xiàn)，盡管最后1次掃描膀胱有很強的放射性，但排尿后其吸收劑量減低，為(4.10±1.90)×10-3mGy/MBq，可能由于13N半衰期短及排尿所致。而Lockwood[3]研究報道，膀胱壁在所有器官中吸收劑量最高，為0.05 rad/mCi，推測原因是其忽略了尿液的影響，且采用伽馬照相機和直線掃描儀，而非PET/CT顯像，此外Lockwood[3]的研究中對全身分布僅取某一時間點進行評估。Stabin[4]研究報道，13N-NH3·H2O全身ED為2.0×10-3mSv/MBq，膀胱壁吸收劑量最高(8.1×10-3mSv/MBq),其次為雙腎(4.6×10-3mSv/MBq)、腦(4.2×10-3mSv/MBq)及肝(4.0×10-3mSv/MBq)。本研究結(jié)果與Stabin[4]的研究不同，可能是由受試者種族差異、檢查前禁食與否、輻射劑量測量方法不同(是否考慮排泄因素)、設(shè)備不同及數(shù)據(jù)采集方法不同所致。由于骨髓免疫細胞的增殖，中軸骨13N-NH3·H2O吸收劑量顯著，具體機制有待進一步研究。

圖1 受試者男，60歲，連續(xù)5次全身PET最大密度投影圖，分別于13N-NH3·H2O注射后0.5(A)、12.5(B)、25(C)、40(D)、55 min(E)采集圖像

圖2 衰減校正的源器官13N-NH3·H2O ID%隨時間的變化曲線

NH3·H2O是谷氨酰胺循環(huán)的原料，與谷氨酰胺代謝有關(guān)。生理狀態(tài)下，谷氨酰胺主要在骨骼肌、雙肺及脂肪組織中合成[12]，因此肌肉的13N-NH3·H2O攝取高。本研究中盡管肉眼觀察雙肺并無高攝取，但其滯留時間[(7.54±6.82)×10-3h]較高。此外，谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸和氨水合成谷氨酰胺，參與谷氨酰胺生物合成，可能是13N-NH3·H2O生物分布的標志[13]。谷氨酰胺合成酶主要存在于腦、雙腎和肝臟，在肌肉和脂肪組織中表達相對較少，本研究提示13N-NH3·H2O的攝取與谷氨酰胺合成酶的分布基本一致。本研究發(fā)現(xiàn)，注射后12.5 min時13N-NH3·H2O的生物分布趨于穩(wěn)定，隨后13N-NH3·H2O迅速從血管排出，隨時間緩慢聚集于心、肝、腦、膀胱。

輻射劑量指南中指出，每項研究中健康志愿者的ED不得超過10 mSv[14]，或每項PET研究中特定器官的吸收劑量應限制在50 mSv以內(nèi)[15]。本研究的常規(guī)單次13N-NH3·H2O PET/CT掃描輻射吸收劑量為555～740 MBq，ED為3.65～4.87 mSv，符合上述標準。

本研究的主要不足為樣本量小，僅5名健康志愿者，因此研究結(jié)果的偏倚較大。此外，輻射劑量的計算采用MATLAB代碼和電子數(shù)據(jù)表，而非FDA批準的程序(OLINDA)，可能會影響到數(shù)據(jù)的質(zhì)量。由于對部分受試者的掃描范圍未包括生殖腺，因此生殖腺的輻射劑量評估暫未納入本研究。

總之，本研究對5名健康受試者進行全身動態(tài)PET/CT成像，以MIRD法分析13N-NH3·H2O人體生物分布和輻射劑量，發(fā)現(xiàn)全身13N-NH3·H2O PET/CT顯像相對安全。

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國家自然科學基金(81271599)。

張芳玲(1990—)，女，廣西桂林人，碩士，醫(yī)師。研究方向：腫瘤的多種示蹤劑聯(lián)合顯像。E-mail: flyzfl@126.com

張祥松，中山大學附屬第一醫(yī)院影像科，510080。E-mail: sd_zh@ vip.tom.com

2016-06-08

2016-12-27

R3; R817

A

1003-3289(2017)03-0478-05