第1节　放射性核素在骨科的应用历史和现状

1896年，法国物理学家贝可勒尔（Becquerel）在研究铀矿时，发现铀矿能使包在黑纸内的感光胶片感光，由此推断铀能不断地自发地放射出某种人的肉眼看不见的、穿透力强的射线，揭示了铀-238（238U）的天然放射性。这是人类第一次认识到放射现象。2年后，波兰化学家玛丽·居里（Marie Curie）夫妇成功提取了放射性核素镭-226（226Ra）和钋-218（218Po）。居里夫人将这种物质放出的辐射现象取名为“放射性”，称铀的射线为贝可勒尔射线。此外，居里夫人制成了镭针，用于治疗病变，从此揭开了核医学的序幕。此后，大量的放射性核素不断地被人类所发现和提取，特别是在20世纪的30年代和40年代，随着加速器和原子能反应堆的问世，实现了人造放射性核素。这些核素包括碘-131（131I）、碘-125（125I）、磷-32（32P）、氢-3（3H）、碳-14（14C）和锝-99m（99mTc）等。放射性核素的品种和产量也在迅速增加，价格也相应降低，为人们大量使用放射性核素奠定了物质基础，并极大地推动了核医学的发展。

在核医学的仪器设备方面，20世纪50年代，闪烁扫描机、甲状腺功能仪、肾功能仪等逐步应用于临床，开启了核医学显像的序幕，实现了功能信息和解剖信息的可视化，但这时获得的图像质量很差，且只能进行平面图像采集。后来随着计算机技术的进步和99mTc的广泛临床使用，γ照相机开始广泛应用，图像质量较前有了明显的提高。该仪器不仅可以进行局部显像，也可以用于全身显像，为人们获得连续的全身骨骼图像提供了可能；此外，该仪器不仅可以进行平面图像采集，也可以完成断层图像采集。此后，为了提高γ照相机的数据采集性能，带有多探头的单光子发射计算机断层显像（single photon emission computed tomography, SPECT）开始出现和普及，SPECT可以完成静态、动态、局部和全身等多种不同的图像采集方法，其最主要的应用就是完成全身骨扫描，用于诊断和鉴别诊断转移性骨肿瘤、原发性骨肿瘤以及其他骨关节疾病。例如在诊断转移性骨肿瘤方面，全身骨扫描可以较其他影像学技术（如X线等）提前3～6个月发现转移病灶，有助于肿瘤的早期诊断和临床分期，具有重要的临床应用价值，占到目前SPECT临床应用的40%～60%。

核医学是一门利用放射性核素或其标记物诊断和治疗疾病的学科，这些放射性核素及其标记物主要是参与到机体的生命代谢活动中，因此，核医学主要是反映功能和代谢信息，是一种分子水平上的显像。例如，核素骨扫描等能反映骨骼的矿物质（无机盐）代谢活跃程度和骨骼的血供情况，对早期发现骨骼病变具有较高的敏感性，是早期筛选转移性骨肿瘤的首选影像学方法，加之价格低廉，临床应用广泛。但是，核素骨扫描图像分辨率较差，图像质量不尽如人意，诊断转移性骨肿瘤时易出现假阳性，导致诊断的特异性降低；另外，骨扫描对成骨性病变的诊断价值较高，但对溶骨性病变的诊断价值却相对有限。X线、CT、MRI等作为主要反映解剖结构变化的影像方法，在诊断转移性骨肿瘤方面具有图像分辨率高、软组织显影清晰、髓内病变判断准确等优点，但这些影像学方法不能直接反映骨组织功能代谢的变化情况，而且检查时通常采用局部显像的方法，使其在判断骨转移的临床应用上受到较大限制。(https://www.daowen.com)

为了将主要反映功能代谢特征的核素显像和主要反映解剖学信息的X线等影像技术完美结合，人们一直在进行着不懈的追求和探索，并取得了令人瞩目的成就。2004年，首台SPECT/CT断层融合显像设备应用于临床，开启了融合显像设备临床应用的篇章。随着设备硬件和电脑技术等方面的不断进步，SPECT/CT融合显像设备所同机配置的CT装置也从早期的非诊断级CT到目前的多排螺旋诊断级CT，甚至带有64排CT以上的SPECT/CT融合显像设备，临床应用包括骨关节疾病、内分泌甲状腺和甲状旁腺疾病、心血管疾病、肾脏和泌尿系统疾病、消化系统疾病和神经精神疾病等多个领域，特别是在骨骼系统，大量的临床研究探讨和验证了SPECT/CT在骨关节疾病包括脊柱肿瘤方面的诊断和应用价值。总体来说，SPECT/CT断层融合显像能够明显提高病变诊断的特异性和准确性，可提供更准确的解剖定位信息。

20世纪90年代末，正电子发射计算机断层显像（PET）开始应用于临床。PET显像以核素标记的参与人体基本生命代谢物质作为示踪剂，以特定的分子示踪剂在体内某处聚集的多少，即其影像的浓淡，来反映该处该分子的数量、密度和包括转运、合成、代谢等生物活性，是真正的分子显像。氟-18（18F）标记的脱氧葡萄糖（18F-FDG）是最主要的PET显像剂，占目前临床应用的99%以上。该显像剂具有和葡萄糖相似的生物学特征，利用肿瘤细胞葡萄糖代谢旺盛的特点，从分子代谢水平上显示肿瘤原发灶及转移灶的影像性质，被称为“世纪分子”。PET的临床应用导致了核医学显像的飞跃，成为核医学发展的重要里程碑，也为骨转移的诊断带来了新的机遇。PET显像主要以18F-FDG作为显像剂，因为退行性病变不摄取18F-FDG，而骨扫描时退行性变放射性摄取增高，故18F-FDG PET显像在排除骨转移方面要优于骨显像。PET优于骨显像还在于它的断层采集，空间分辨率显著高于骨显像。而PET/CT的诞生和发展被人们寄予了极大期望。1999年6月，美国第46届核医学年会上发布其原型机研制成功，引起世人瞩目。2001年，首台商业PET/CT安装在瑞士苏黎世大学医院，并正式使用。近十余年来，PET/CT的发展极为迅速，临床应用快速普及，在我国乃至全世界的检查病例数呈直线上升。大量的研究表明，PET/CT不仅解决了PET影像的可读性难题，使之迅速被广泛接受，并且由于PET和CT的优势互补，使PET/CT对疾病诊断和分期的准确度、确定度和可信度都明显优于单独PET和单独CT平扫检查。PET/CT较好地将解剖和代谢信息结合起来，在骨转移诊断方面优于单独的PET显像。

放射性核素治疗一直是核医学的重要组成部分，利用不同的放射性核素及其标记物治疗的疾病不仅包括甲状腺功能亢进症、分化型甲状腺癌、肾上腺肿瘤、前列腺癌、肝癌和真红细胞增多症等疾病，也大量地应用于转移性骨肿瘤和骨关节炎等疾病。特别是为转移性骨肿瘤核素治疗积累了较为丰富的循证医学证据。由于骨骼是各种恶性肿瘤最容易发生转移的组织，骨转移肿瘤患者常伴有顽固性骨痛和病理性骨折等，严重影响生存期和生活质量。用于治疗转移性骨肿瘤的放射性核素药物与骨组织具有较高的亲和性，且骨转移肿瘤病灶部位骨组织受破坏，成骨修复过程非常活跃，能大量浓聚放射性核素药物。放射性核素发射的射线（包括α和β射线），对病灶局部的肿瘤细胞发挥内照射作用，可直接杀伤病灶细胞或诱导细胞凋亡，使肿瘤病灶坏死或纤维化，从而不同程度地抑制、缩小或清除骨肿瘤病灶。目前，临床常用的治疗骨转移肿瘤的放射性核素药物包括二氯化锶-89（89SrCl2）、钐-153-乙二胺四甲撑膦酸（153Sm-EDTMP）和铼-188-羟基亚乙基二膦酸（188Re-HEDP）等。