一、功能影像技术简介

　　肿瘤功能影像指无创伤性的显示肿瘤的代谢、生化、生理、分子、基因型及表型特征。目前的功能显像技术包括正电子发射体层摄影（position emission tomography，PET）、单光子发射体层摄影（single photon emission computed tomography，SPECT）、磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）、光学成像（Optical imaging）等。

　　PET显示正电子发射同位素或放射性核素标记的组织或化学特异性的分子，它可以被一些特定组织选择性的吸收。被吸收后的放射性核素发射正电子，导致γ射线释放并被扫描仪检测到，产生局部放射活性的图像。最常用的放射性核素是氟-18， 碳-11和氧-15。最常用的示踪剂是葡萄糖衍生物，氟脱氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose，FDG）。

　　SPECT用一个γ照相机围着患者旋转，产生注入的γ射线同位素分布的3D体层摄影图像。SPECT用的γ照相机不能象PET一样检测同时发生的γ射线，因此，其图像的空间分辨率要比PET低。

　　MRS在肿瘤显像中显示出较大的潜能。MRS实质上是常规MRI的延伸，可以检测生化上较水和脂肪分子更重要的化合物，比较正常组织和肿瘤组织在细胞代谢产物水平上的差异，反映分子和周围化学环境内的核位置。

　　光学成像可以实时、无创伤的应用旋光和分子特异性的对比剂显示上皮组织，早期检测上皮病变和较小的表浅肿瘤，还可以在手术时实时评测手术边界。

　　不同的光学成像技术运用不同的生理学参数，考虑到光和组织的相互作用。

　　二、功能影像技术在放射肿瘤学中的应用

　　有时解剖信息在区分肿瘤和周围组织时存在困难，它不能完全揭示肿瘤的病理生理特征，也无法评价治疗的早期反应。随着功能影像的发展，肿瘤特异性的生理或分子信息可用于放疗计划，精确确定大体肿瘤区（gross tumor volume, GTV）和临床靶区（clinical target volume, CTV），提高照射剂量的准确性。

　　功能影像已经应用于放射肿瘤学的很多方面，包括治疗前肿瘤诊断和特征分析、放疗计划、评价疗效、检测复发等；它和解剖影像相比，在多方面具有优势。

　　1、肿瘤诊断和特征分析

　　传统解剖影像大多通过病变大小、形状来判断良恶性。但是同样大小的肿瘤可有不同的生物学行为。例如，一些增大的淋巴结可能只是反应性的，同时一些小淋巴结也可能有转移性病变。因此，淋巴结的大小不是一个可信赖的鉴别标准。功能影像可以剔除这部分不确定性，无创性的完整显示肿瘤的生物学行为特征，提高诊断、分期、分型的正确性。

　　研究最多的功能影像技术是FDG-PET，已经用于头颈部肿瘤、食管癌、肺癌、结直肠癌、淋巴瘤和黑色素瘤、乳腺癌、甲状腺癌等的诊断和分期。Gambhir 等荟萃分析了14264例患者，发现FDG-PET在肿瘤学中的应用中，平均的敏感性和特异性范围分别是84％～87％和88％～93％。而且，FDG-PET提供的信息导致26％～48％的肿瘤患者改变了治疗计划。大量的前瞻性研究显示FDG-PET能较常规影像方法更准确的评价纵隔淋巴结转移和远处转移情况，能提供更精确的分期信息。

　　除了肿瘤的位置、大小、肿瘤含量，已知的肿瘤特异性生物学特征也可以通过科学的分子标记和调控显像出来，即肿瘤的分子和生物学特征显像， 如肿瘤分级、细胞增殖、凋亡、血管生成、乏氧和受体状态。无创性的分子影像，可以作为预后因子预测临床结果或用于筛选特定肿瘤靶向治疗的合适人群。

　　2、放疗计划

　　在三维适形和调强放疗技术中，精确勾画肿瘤区是优化治疗增益比的关键，要求既不漏掉肿瘤组织，又要最大限度保护正常组织。传统上以CT和MRI为代表的解剖影像是引导放疗的基础。CT和MRI都有非常好的轴向和径向分辨率，可以用来勾画靶区和危及器官；同时CT能提供物理密度信息，用于计划时剂量计算。因此，CT应用最为广泛，MRI在放疗计划中是对CT的补充，勾画软组织尤其是脑部病变和危及器官时较好。但是当组织或肿瘤的密度、形态变化不明显时，解剖影像的作用受限。事实上，如果仅用解剖影像，可能会有部分肿瘤组织漏照而部分正常组织接受了不必要的照射。

　　功能影像可以为放疗计划添加更多重要信息，更好的显示肿瘤微环境及区域淋巴结和远处转移的可能性。这些信息可以使我们更加精确的勾画放疗靶区和危及器官，从而减少边界肿瘤漏照或正常组织多照。另外，对肿瘤内的特定亚靶区可以给与更高剂量照射或者肿瘤特异性治疗。在多种解剖影像和功能影像技术的基础上，Ling等提出了基于解剖影像和多种生理或分子影像的生物靶区（biological target volume, BTV）概念。例如，FDG-PET可以用于勾画肿瘤的代谢活性区域从而在放疗时加量；肿瘤乏氧显像可以提示是否需要乏氧靶向治疗或通过调强放疗技术实施高剂量照射来克服乏氧区放疗抵抗，其可行性已经得到论证，但是需要引起警惕的是分次放疗的过程中，乏氧区域情况会发生变化。

　　功能影像可以通过三条途径影响放射治疗计划。第一，它可能发现CT和MRI未检测到的病变 。第二，它可能检测到CT和MRI检测到的病变区域以外的病变。第三，它可以在CT和MRI检测到的病变区域内显示生物学活性增加的亚区域或病灶。研究较多的是PET对脑瘤、头颈部肿瘤、非小细胞肺癌（NSCLC）放疗计划的影响。据报道，基于FDG-PET提供的信息， 27％～100％脑瘤患者、10％～100％头颈部肿瘤患者、27％～83％NSCLC患者的放疗靶区（大小和／或形状）改变。

　　必须谨记的是，虽然PET能提供独特的肿瘤代谢信息，但是PET相对于CT和MRI，其空间分辨率较低。因此，目前PET和其它功能影像用于放疗计划时一般是作为CT的补充。

　　3、疗效评价

　　（1）早期疗效评价

　　在治疗的早期就预测疗效对患者有很大的意义，早期就鉴别出治疗无效的患者，可以提前终止无效治疗，更换治疗方案，从而可以避免过度治疗和治疗不足。放疗疗效评价的传统办法是通过体检和解剖影像观察肿瘤的大小变化。但是，病变大小变化要治疗后较长时间才能表现出来。而且，当存在组织纤维化、水肿或坏死时，应用解剖影像与肿瘤残留或复发鉴别比较困难。例如，斑痕组织需要6个月才能成熟，这之前可被认为肿瘤残存。

　　代谢变化要早于肿瘤体积的解剖变化；另外，理论上，通过分子和生理学变化预测肿瘤状态和治疗效果要比CT和MRI的解剖影像更精确。因此，功能影像可以弥补解剖影像的先天不足，提供放疗或化疗方案疗效的早期信息。为了这个目的的功能影像应该在治疗早期进行，例如1周期化疗后或治疗刚刚结束时。据报道，FDG-PET在检测淋巴瘤、乳腺癌、宫颈癌患者的早期治疗反应方面都比CT要准确。它也用于评价其它肿瘤的治疗反应，如头颈部肿瘤、NSCLC、脑瘤等，但结果不太统一。

　　还有其他一些示踪剂和显像方法，11C-MET在评价脑瘤、头颈部肿瘤、NSCLC患者的放疗疗效方面是一个好的示踪剂。MRS用1H-胆碱、 1H C乳酸盐或31P作为示踪剂，用于监测放疗或化疗疗效。脑瘤和淋巴瘤患者1H-胆碱水平下降与放疗疗效成正相关，与病情进展成负相关。

　　（2）检测复发

　　由于治疗导致正常解剖结构和毗邻关系的改变及疤痕组织形成，除非有很明显的解剖体积变化，解剖影像常难以确定手术和放化疗后的肿瘤复发。部分病例直到肿瘤明显增大时才能诊断。用功能影像鉴别复发可以增加成功补救治疗的机会。

　　FDG-PET已经被证实在检测结肠癌、乳腺癌、NSCLC的复发中有重要价值。例如，Staib报道FDG-PET检测结肠癌局部复发和远处转移的敏感性和特异性分别高达98％和90％，明显优于CT解剖影像的91％和72％；FDG-PET检测对于治疗后血清癌S抗原升高或常规影像检测阴性及不能确定的患者尤其必要。FDG-PET在检测头颈部肿瘤、宫颈癌、黑色素瘤等的复发方面也表现出一定希望。例如，Greven等报道PET检测头颈部肿瘤复发优于临床体检和CT、MRI检查，建议在CT、MRI检查疑诊而PET阴性时，推迟活检，密切观察。

　　三、展望

　　生物靶区指由一系列肿瘤生物学因素决定的治疗靶区内放射敏感性不同的区域。这些因素包括：乏氧及血供；增殖、凋亡及细胞周期调控；癌基因和抑癌基因改变；浸润及转移特性等。这些因素既包括肿瘤区内的敏感性差异，也应考虑正常组织的敏感性差异。生物适形调强放射治疗则是指利用先进的物理调强放射治疗技术，给予不同的生物靶区不同剂量的照射并最大限度地保护正常组织，这是较大幅度提高肿瘤治疗疗效的希望所在。但是，单一的功能分子影像技术无法全面反映肿瘤的生物学特征。因此，选取几种功能分子显像技术，联合构建生物靶区、指导实施生物适形调强放疗是较为可行的方案。实际上，生物靶区的代谢、乏氧及血供、增殖、受体表达、凋亡、癌基因、浸润及转移特性等各因素之间是存在内在联系的。有望通过几种功能分子影像联合检测，较为全面的反映生物靶区的特征，实现个体化的生物适形调强放疗。这将是功能分子影像在放射肿瘤学中应用的重要发展方向。