FDG合成工艺及成本分析

1.0、什么是（正电子成像术）PET核医学是一个门类繁多的学科，为了明了PET成像术在核医学中的地位，简单介绍核医学的学科分类：1) 普通的核医学:- γ辐射源成像(99mTc,201Tl,123 I, 67Ga…)- γ辐射源(125 I…) 和Beta辐射源(14C,3H)的临床诊断- β辐射源的治疗(131 I, 89 Sr, 153 Sm…)- 稳定性同位素的功能性（呼吸）测试(13C, 2H..)2) 正电子发射断层成像技术(PET)- 用18F,11C,15O…进行成像3) 用α辐射源进行治疗?可能是今后的方向。

由此可见正电子发射层断成像术（PET）只不过是现代核医学中的一个新的分支，主要用于医学检验，包括病变组织检验和功能性测试。

PET摄像机通过“符合检测法”检测到由被测对象所发射的正电子。

发射正电子的来源是被测对象组织和细胞中吸收的正电子发射剂（由能发射正电子的不稳定同位素作为示踪剂），例如，11C、15O以及18F化合物等。

这样一种“光学准直”特性能获得与距离无关的分辨率。

远高于伽马射线摄像机能达到的分辨率。

与CT（计算机辅助X射线层断术）和MRI（核磁共振成像术）一样，所有的数据均是三维的。

因此通过计算机辅助软件可以很方便地表达病变组织在各个断面上的情况。

图1、正电子发射的原理正电子发射的基本原理图1所示为正电子发射的基本原理。

当多质子核中的一个质子衰变为中子时（如图所示的18F核），释放出正电子和γ射线。

核医学用示踪剂的基本定义：- 一种核医学上的示踪剂是由以下物质制成的：Ø 一种配合体( 一种具有代谢作用的活性物质)，Ø 一种同位素( 使其具有检测作用)，Ø 大多数示踪剂是IV类管制药品。

对核医学示踪剂应注意的事项- 管制性放射性示踪剂的寿命:Ø 放在各种隔离容器中进行分发& 配合体的衰变，防止辐射，Ø 在分发过程中定期进行更换, ( 根据T/A 曲线进行管理)，保持有效性，Ø 配合体示踪剂的分解，避免废弃的示踪剂对环境的影响。

- 放射效应:Ø 根据辐射类型的作用(LET)，分别采取不同的防护措施，Ø 与目标距离有关( 目标器官)，判断对组织的影响，Ø 发射效应受到半衰期的直接影响。

2.0、18O水18FDG的关系，如何用18O水生产18FDG，并用于PET检验。

2.1、如何用H218O来制备18FDGH218O并不直接用于PET检验，需要经过回旋加速器或直线加速器经过大约8-16MeV的质子轰击装有H218O的靶，生成H18F（氟化氢）。

生成的含有H18F和未转化的H218O溶液经过阴离子交换树脂分离，回收未反应的H218O返回回旋加速器，收集的H18F与K2CO3（添加有2,2,2-六氧二氮双环二十六烷（穴状配体））反应生成K18F，反应溶液经过乙腈脱水后得到无水的K18F。

无水K18F再和三氟甘露糖（Mannose triflate，完整的化学名［1.3.4.6-四乙酰-2-O-三氟甲烷磺酰基-β-D-吡喃甘露糖］）反应进行标记化，经专用的tC18试剂筒处理和氢氧化钠脱洗后得到所需要的18FDG。

图2和图3为18FDG 的制备过程简图。

2.2、为什么18FDG是最常用的PET 示踪剂?18F是一种较小的原子：把它添加到一个分子上时，不会使分子变型到以至于人体完全不能够辨认的程度（这是作为示踪剂的必要条件）。

18F的半衰期为100分钟。

这个半衰期足以完成一个复杂的化学过程（标记），进行示踪剂的制备。

其辐照强度强度不高（通过浓度和注射量控制）既可以穿透一定的距离进行成像。

同时也能保证患者接受较低量的射线辐照。

（注意：18F衰变时不仅发射正电子，还发射伽马射线）。

在医学上使用18FDG的原因是它在肿瘤学方面有特效性！例如：淋巴瘤：灵敏度96%，特异性94% (分期)。

在第一个疗程后预示治疗效果，(如果PET的结果为阴性，一年内病灶不发展率为86% )(如果PET的结果为阳性，一年内病灶不发展率为0 % )肺癌：(Pulm Sol Nod - 肺孤立结节)灵敏度100%，特异性75%。

(分期/纵隔) 灵敏度100%，特异性93%。

结肠癌：(复发或2年存活率) 灵敏度87%，特异性68%。

(远比其它方法高)。

在心脏病学中：可以鉴定心肌局部缺血的成活率。

在神经病学中：可以进行癫痫病病源位点的诊断。

缺血性扩张心肌症是一种由于心肌壁扩张不足而导致的心肌收缩功能下降的病症。

上一列PET照片显示血流的情况，下一列PET照片显示心肌新陈代谢的情况。

诊断的结果显示患者还存在前室、心隔膜及心脏其它部位扩张下降的症状。

采用这种诊断方法可以将缺血性扩张心肌症和先天性扩张心肌症区分开来。

前者是可以直接用血管再成形术进行治疗的，而后者无法采用这种方法。

Alzheimers 阿尔茨海默痴呆症Astrocytoma 星状细胞瘤，CT和PET的比较和协同诊断用全身性骨骼PET成像术进行骨癌的诊断2.3、18FDG（18氟代脱氧葡萄糖的简称）在人体中的代谢过程为什么18FDG会有特效性呢？18FDG是一种容易被人体吸收的葡萄糖衍生物，但是不会象葡萄糖一样被代谢掉（“燃烧掉”）或排泄掉。

因此它会积累在高度利用葡萄糖的组织里（例如，癌组织里）。

18FDG就是去氧后接上了一个18F原子的同样的葡萄糖分子。

18FDG是一种正电子发射剂，这样就可以使医生通过仪器来观察18FDG积累在哪里（例如，在癌组织中）。

图5为葡萄糖和18FDG的代谢过程。

2.4、18FDG是自动化地合成制备的鉴于从回旋加速器中取出后含有H18F的溶液就具有放射性。

18F已经是不稳定的放射性同位素了，它不仅发射正电子，还发射伽马射线。

因此必须由从事放射性生产的专业人员来进行操作。

鉴于18F的半衰期仅为109分钟，再加上制备的重复性问题，通常均采用专门的自动化制备装置示踪剂的化学制备。

这样，操作者就几乎不会受到任何射线的影响（如果超遵守正确的操作步骤的话）。

最常用的标记方法是：亲核取代法( Julich 1986) 。

反应试剂和消耗性材料配套供应，操作是由计算机控制的－这样可以确保合成的重现性，并自动回收所有没有用的加浓水（含有反应残余物的浓溶液）。

图6为两种典型的18FDG自动化学制备装置。

2.5 常见的与PET有关的其它装备要进行PET成像即必须要有一整套的设备，包括回旋加速器或直线加速器、自动化学制备装置，PET成像机等。

为了使大家对整个系统有明确的印象，简单介绍其中的部分设备。

（1）加速器：加速器是PET系统必不可少的主要设备，通过用高能级的质子（H+）［8-16MeV］轰击H218O靶生成18F（打进一个质子，打出一个中子）。

有两种加速器可供PET系统使用，回旋加速器和直线加速器。

加速器通常是PET系统中管理最复杂，价格最昂贵的部分，医用回旋加速器大约每台在200-250万美元，占总投资的65-70％。

近年来国内市场主要为GE 公司所占有。

图7为回旋加速器的照片以及实验室的平面布置。

表1主要以用回旋加速器的型号及性能。

表1，主要商用回旋加速器的型号及技术特性回旋加速器价格昂贵，即便是小型回旋加速器至少也需1.5百万欧元。

耗电量大，需要近200kW的三相电源。

加速器本身的占地面积大，至少需4X4米。

还需要能防御511Kev伽马射线、质子流的屏蔽层。

由于中子的活性问题，进入维护时需要等待相当长的时间。

而对于高强度的应用而言，需要经常进行维护工作，例如，冷却，靶的处理等。

可以生产较大的剂量，居里级剂量。

根据加速器的能级可以生产O、C、N、F等不同的同位素。

大型的回旋加速器，每次轰击可以生产数居里的18F，可以同时供给多所医院或大学，制成18FDG后分发给多家PET中心应用，是一种共享回旋加速器的较好的解决方案。

国外，特别是欧洲已经有共用回旋加速器甚至于共用18FDG制备装置的先例。

小型回旋加速器，每次轰击可以生产约1居里的18F，适用于装备齐全、业务量较大的医院或诊疗中心。

但是，在对屏蔽以及QC的要求方面和大型回旋加速器完全一样；所以在占用的专业放射性和QC工作人员方面就会有较大的开支。

直线加速器具有重量轻，尺寸小、放射性小、对屏蔽的要求低、用电量小，仅需30-40kW的单相电源、投资省等优点。

这样对实验室的大小和基础设施的要求也远比回旋加速器低。

当然同时也带来了质子束能级较低，8MeV以下，18F制备量少等缺点。

比较适用于单个医院进行18F的制备。

表2为典型的直线加速器技术指标。

图8和图9为直线加速器照片及实验室的平面布置。

图10为不同类型加速器质子轰击的能级与生产单位居里放射性同位素所需束流的关系。

从图10可以看出，由于不同类型加速器质子轰击的能级不同，其生产放射性同位素的效率有很大的差别。

回旋加速器由于产生的H+能级较高，所以有较高的放射性同位素生产效率（注意！图10的纵坐标为对数坐标）。

表3为直线加速器可以生产的放射性同位素以及生产效率。

（2）PET成像设备PET成像机使PET检验的关键设备，随着技术的发展PET成像机的功能和效率不断地提高。

图11为两种常见的PET成像机，GE、Philips、Simens等大公司均参与了PET成像机的研制，并成为主要的供应商。

（3）用于示踪剂制备的套药－配套试剂各大公司在控制加速器、自动化学制备装置以及PET成像机市场的同时，还向客户供应各种制备示踪剂的配套试剂－套药。

鉴于套药是确保生产出合格示踪剂的关键试剂，医院或示踪剂制备中心对套药有较大的忠诚度和依赖性，而且套药是一种消耗品，能为供应商长期地提供丰厚的商业利润。

据文献报道，国外公司在供应H218O的同时还供应示踪剂套药，存在一种协同和制约的关系。

3.0 PET应用过程中的成本分析3.1为什么估算PET的H218O需用量有一定的难度？作为H218O生产商，要根据国内拥有的PET成像机的数目正确估算出H218O的需求量是有在一定难度的。

影响H218O用量的主要因素有：(1)、加速器的类型：加速器的类型决定了每次生产H18F的量。

小型回旋加速器每次可生产数居里的18F，大型回旋加速器或具有多靶室的回旋加速器每次可以生产更多数量的18F。

回旋加速器不能连续进行18F的生产，需要冷却、维护以及更换靶室等操作时间。

直线加速器生产能力更低，每次只能生产1居里左右的18F。

每次轰击大约需要1小时。

因此，H218O水的消耗量和选用的加速器类型有关。

(2) 回旋加速器周边地区18FDG的需求量：鉴于18F是不稳定的同位素，会衰减，无法长期储存。

如果被检的患者数不足，生产出再多的18F，也会自然地衰减掉。

建立向周边医院分发K18F或18FDG的网络，能解决被检患者数不足的问题，但必须考虑分发距离和所耗用的时间（运输途中同样也发生衰减）。