β-2-[F]氟-2-脱氧-D-葡萄糖-正电子发射计算机断层成像(FDG-PET)通过注射18F标记的葡萄糖,即示踪剂FDG,反应人体各个器官和组织葡萄糖代谢程度,以达到确定恶性肿瘤,其它疾病或过程在体内分布情况的效果,是目前临床上用于肿瘤诊断以及癌症分期的最佳功能成像技术之一,具有很高的准确度和灵敏度。然而FDG作为非肿瘤特异性的示踪剂,在PET图像扫描过程中会不可避免地造成癌症假阳性结果,临床上肺部假阳性尤为显著且难以诊断。除了生理上的高摄取以外,主要造成FDG-PET假阳性结果的原因为炎症和棕色脂肪。炎症病灶是机体一种防御反应的表现。炎症发生时,淋巴细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等在炎症处聚集形成炎性细胞浸润。炎性细胞浸润时葡萄糖转运蛋白表达提高引起葡萄糖代谢提升,从而在PET图像上引起FDG摄取显著提升从而与肿瘤组织混淆。棕色脂肪为哺乳动物体内特有,具有维持体温和能量代谢的功能,是哺乳动物非颤栗性产热的主要能量来源。近年来在肥胖症、糖尿病等治疗的应用上收到很多的关注。棕色脂肪细胞内含丰富的线粒体,通过燃烧脂肪和葡萄糖产生热量,对葡萄糖摄取量大,因此在PET扫描时容易被检测。季节、环境温度以及食物干预对刺激棕色脂肪活性有着很大的影响,在寒冷季节以及禁食的情况下,棕色脂肪活性被激发,此时PET扫描图像上会有FDG的高摄取,从而形成癌症假阳性结果。另外,炎症和棕色脂肪活性本身的研究近年来也在关于老年痴呆症和代谢疾病方面研究中收到更多的重视传统静态PET扫描和双时相PET扫描无法区分炎症或棕色脂肪造成的假阳性结果。使用其他示踪剂替代FDG对诊断结果并没有显著的改善,并伴随着许多其他缺点。因此本课题通过建立小鼠不同身体部位肿瘤和炎症动物模型,以及通过季节和食物干预刺激棕色脂肪活性,并通过使用动态PET扫描和数据分析的方法结合示踪剂动力学模型,估计不同组织的动力学参数,以达到区分炎症或棕色脂肪造成的假阳性的结果。本课题的创新之处在于,除了分析皮下肿瘤与炎症病灶在PET图像上的区别以外,还建立了原位肿瘤与炎症模型进行分析比较,以及区分同种身体部位不同病灶FDG摄取各个参数的不同。本文第二章主要介绍了小鼠不同部位肿瘤和炎症动物模型的建立,以及通过季节和禁食刺激小鼠棕色脂肪模型的过程。小鼠肿瘤模型分为皮下和原位两个组别,分别通过在腋下和肺部原位注射Lewis肺癌细胞获得。炎症分为皮下(腓肠肌)、原位和自发炎症三个组别,皮下炎症通过在小鼠后腿腓肠肌注射松节油获得,肺部原位炎症模型通过吸入脂多糖(LPS)建立,而自发炎症通过小鼠肝炎细胞(MHV)诱导。此外,实验还在肿瘤组别中取出一部分建立炎症模型,观察肿瘤和炎症同时存在时两种病灶FDG的摄取以及互相影响的情况。小鼠棕色脂肪的活性通过长时间禁食以及在冬季扫描的方法刺激。在动物模型建立后进行动态PET扫描,并将小鼠解剖进行冰冻切片和HE染色以观察细胞和组织形态,确认动物模型建立成功,并从生物学的角度与PET图像扫描结果进行互相验证。本文第三章详细介绍了动态PET对已经建立的动物模型进行数据采集的过程。整个采集过程为时长1小时20分钟的PET/CT扫描,并采用不均匀时长的分帧方法,数据采集以及图像重建后对各个组别的PET图像进行直观视觉分析。结果显示小鼠肿瘤和炎症模型中相应病灶都存在FDG的显著摄取,在图像中表现为局部高亮区域。棕色脂肪中有4例存在FDG的高摄取,图像中表现为背部高亮区域。数据采集后的直观图像分析结果并不能从图像上直接区分肿瘤与炎症或棕色脂肪。本文第四章介绍了PET扫描后进一步采用静态分析和动态分析对各个组织的特定参数进行比较的方法。首先圈定图像上的多个组织和病灶作为感兴趣区域(ROI),静态分析方法为计算各ROI中最大的标准化摄取值SUVmax作为半定量指标并进行统计分析,静态分析结果为:皮下肿瘤与皮下炎症、不同部位炎症、肿瘤与棕色脂肪存在显著性差异,其余组别皆无法区分。动态分析方法通过使用FDG示踪剂动力学模型模拟FDG在体内一系列的生化反应,估计出各个组织的动力学参数Ki,表示FDG净摄取率。统计分析的结果显示动态分析能显著地区分同一种部位(皮下或原位)的肿瘤与炎症,以及肿瘤与棕色脂肪的区别,动态扫描结果还能体现肿瘤和炎症在小鼠身体不同部位动力学参数的区别。除了分析动力学参数以外,动态扫描得出的组织时间活度曲线(TAC)也能很好地描述各个组织FDG摄取随时间变化的过程,并通过观察这一动态过程区分小鼠体不同病灶。本文第五章总结了全文的工作,得出以下结论,相比于静态PET图像以及相应的半定量静态数据分析,动态PET扫描以及通过示踪剂动力学模型估计不同组织动力学参数Ki能灵敏以及准确地区分肿瘤和炎症与棕色脂肪组织,从而避免了图像诊断中出现的假阳性结果。通过动态PET数据分析,还可以评估身体不同部位肿瘤或炎症的FDG动力学参数。此外,本文对研究的后续工作进行了介绍与展望。