一、功能影像技術簡介
腫瘤功能影像指無創傷性的顯示腫瘤的代謝、生化、生理、分子、基因型及表型特徵。目前的功能顯像技術包括正電子發射體層攝影（position emission tomography，PET）、單光子發射體層攝影（single photon emission computed tomography，SPECT）、磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy，MRS）、光學成像（Optical imaging）等。
PET顯示正電子發射同位素或放射性核素標記的組織或化學特異性的分子，它可以被一些特定組織選擇性的吸收。被吸收後的放射性核素發射正電子，導致γ射線釋放並被掃描器檢測到，產生區域性放射活性的影象。最常用的放射性核素是氟-18， 碳-11和氧-15。最常用的示蹤劑是葡萄糖衍生物，氟脫氧葡萄糖（18F-fluorodeoxyglucose，FDG）。
SPECT用一個γ照相機圍著患者旋轉，產生注入的γ射線同位素分佈的3D體層攝影影象。SPECT用的γ照相機不能象PET一樣檢測同時發生的γ射線，因此，其影象的空間解析度要比PET低。
MRS在腫瘤顯像中顯示出較大的潛能。MRS實質上是常規MRI的延伸，可以檢測生化上較水和脂肪分子更重要的化合物，比較正常組織和腫瘤組織在細胞代謝產物水平上的差異，反映分子和周圍化學環境內的核位置。
光學成像可以實時、無創傷的應用旋光和分子特異性的對比劑顯示上皮組織，早期檢測上皮病變和較小的表淺腫瘤，還可以在手術時實時評測手術邊界。
不同的光學成像技術運用不同的生理學引數，考慮到光和組織的相互作用。
二、功能影像技術在放射腫瘤學中的應用
有時解剖資訊在區分腫瘤和周圍組織時存在困難，它不能完全揭示腫瘤的病理生理特徵，也無法評價治療的早期反應。隨著功能影像的發展，腫瘤特異性的生理或分子資訊可用於放療計劃，精確確定大體腫瘤區（gross tumor volume, GTV）和臨床靶區（clinical target volume, CTV），提高照射劑量的準確性。
功能影像已經應用於放射腫瘤學的很多方面，包括治療前腫瘤診斷和特徵分析、放療計劃、評價療效、檢測復發等；它和解剖影像相比，在多方面具有優勢。
1、腫瘤診斷和特徵分析
傳統解剖影像大多通過病變大小、形狀來判斷良惡性。但是同樣大小的腫瘤可有不同的生物學行為。例如，一些增大的淋巴結可能只是反應性的，同時一些小淋巴結也可能有轉移性病變。因此，淋巴結的大小不是一個可信賴的鑑別標準。功能影像可以剔除這部分不確定性，無創性的完整顯示腫瘤的生物學行為特徵，提高診斷、分期、分型的正確性。
研究最多的功能影像技術是FDG-PET，已經用於頭頸部腫瘤、食管癌、肺癌、結直腸癌、淋巴瘤和黑色素瘤、乳腺癌、甲狀腺癌等的診斷和分期。Gambhir 等薈萃分析了14264例患者，發現FDG-PET在腫瘤學中的應用中，平均的敏感性和特異性範圍分別是84％～87％和88％～93％。而且，FDG-PET提供的資訊導致26％～48％的腫瘤患者改變了治療計劃。大量的前瞻性研究顯示FDG-PET能較常規影像方法更準確的評價縱隔淋巴結轉移和遠處轉移情況，能提供更精確的分期資訊。
除了腫瘤的位置、大小、腫瘤含量，已知的腫瘤特異性生物學特徵也可以通過科學的分子標記和調控顯像出來，即腫瘤的分子和生物學特徵顯像， 如腫瘤分級、細胞增殖、凋亡、血管生成、乏氧和受體狀態。無創性的分子影像，可以作為預後因子預測臨床結果或用於篩選特定腫瘤靶向治療的合適人群。
2、放療計劃
在三維適形和調強放療技術中，精確勾畫腫瘤區是優化治療增益比的關鍵，要求既不漏掉腫瘤組織，又要最大限度保護正常組織。傳統上以CT和MRI為代表的解剖影像是引導放療的基礎。CT和MRI都有非常好的軸向和徑向解析度，可以用來勾畫靶區和危及器官；同時CT能提供物理密度資訊，用於計劃時劑量計算。因此，CT應用最為廣泛，MRI在放療計劃中是對CT的補充，勾畫軟組織尤其是腦部病變和危及器官時較好。但是當組織或腫瘤的密度、形態變化不明顯時，解剖影像的作用受限。事實上，如果僅用解剖影像，可能會有部分腫瘤組織漏照而部分正常組織接受了不必要的照射。
功能影像可以為放療計劃新增更多重要資訊，更好的顯示腫瘤微環境及區域淋巴結和遠處轉移的可能性。這些資訊可以使我們更加精確的勾畫放療靶區和危及器官，從而減少邊界腫瘤漏照或正常組織多照。另外，對腫瘤內的特定亞靶區可以給與更高劑量照射或者腫瘤特異性治療。在多種解剖影像和功能影像技術的基礎上，Ling等提出了基於解剖影像和多種生理或分子影像的生物靶區（biological target volume, BTV）概念。例如，FDG-PET可以用於勾畫腫瘤的代謝活性區域從而在放療時加量；腫瘤乏氧顯像可以提示是否需要乏氧靶向治療或通過調強放療技術實施高劑量照射來克服乏氧區放療抵抗，其可行性已經得到論證，但是需要引起警惕的是分次放療的過程中，乏氧區域情況會發生變化。
功能影像可以通過三條途徑影響放射治療計劃。第一，它可能發現CT和MRI未檢測到的病變 。第二，它可能檢測到CT和MRI檢測到的病變區域以外的病變。第三，它可以在CT和MRI檢測到的病變區域內顯示生物學活性增加的亞區域或病灶。研究較多的是PET對腦瘤、頭頸部腫瘤、非小細胞肺癌（NSCLC）放療計劃的影響。據報道，基於FDG-PET提供的資訊， 27％～100％腦瘤患者、10％～100％頭頸部腫瘤患者、27％～83％NSCLC患者的放療靶區（大小和／或形狀）改變。
必須謹記的是，雖然PET能提供獨特的腫瘤代謝資訊，但是PET相對於CT和MRI，其空間解析度較低。因此，目前PET和其它功能影像用於放療計劃時一般是作為CT的補充。
3、療效評價
（1）早期療效評價
在治療的早期就預測療效對患者有很大的意義，早期就鑑別出治療無效的患者，可以提前終止無效治療，更換治療方案，從而可以避免過度治療和治療不足。放療療效評價的傳統辦法是通過體檢和解剖影像觀察腫瘤的大小變化。但是，病變大小變化要治療後較長時間才能表現出來。而且，當存在組織纖維化、水腫或壞死時，應用解剖影像與腫瘤殘留或復發鑑別比較困難。例如，斑痕組織需要6個月才能成熟，這之前可被認為腫瘤殘存。
代謝變化要早於腫瘤體積的解剖變化；另外，理論上，通過分子和生理學變化預測腫瘤狀態和治療效果要比CT和MRI的解剖影像更精確。因此，功能影像可以彌補解剖影像的先天不足，提供放療或化療方案療效的早期資訊。為了這個目的的功能影像應該在治療早期進行，例如1週期化療後或治療剛剛結束時。據報道，FDG-PET在檢測淋巴瘤、乳腺癌、宮頸癌患者的早期治療反應方面都比CT要準確。它也用於評價其它腫瘤的治療反應，如頭頸部腫瘤、NSCLC、腦瘤等，但結果不太統一。
還有其他一些示蹤劑和顯像方法，11C-MET在評價腦瘤、頭頸部腫瘤、NSCLC患者的放療療效方面是一個好的示蹤劑。MRS用1H-膽鹼、 1H C乳酸鹽或31P作為示蹤劑，用於監測放療或化療療效。腦瘤和淋巴瘤患者1H-膽鹼水平下降與放療療效成正相關，與病情進展成負相關。
（2）檢測復發
由於治療導致正常解剖結構和毗鄰關係的改變及疤痕組織形成，除非有很明顯的解剖體積變化，解剖影像常難以確定手術和放化療後的腫瘤復發。部分病例直到腫瘤明顯增大時才能診斷。用功能影像鑑別復發可以增加成功補救治療的機會。
FDG-PET已經被證實在檢測結腸癌、乳腺癌、NSCLC的復發中有重要價值。例如，Staib報道FDG-PET檢測結腸癌區域性復發和遠處轉移的敏感性和特異性分別高達98％和90％，明顯優於CT解剖影像的91％和72％；FDG-PET檢測對於治療後血清癌S抗原升高或常規影像檢測陰性及不能確定的患者尤其必要。FDG-PET在檢測頭頸部腫瘤、宮頸癌、黑色素瘤等的復發方面也表現出一定希望。例如，Greven等報道PET檢測頭頸部腫瘤復發優於臨床體檢和CT、MRI檢查，建議在CT、MRI檢查疑診而PET陰性時，推遲活檢，密切觀察。
三、展望
生物靶區指由一系列腫瘤生物學因素決定的治療靶區內放射敏感性不同的區域。這些因素包括：乏氧及血供；增殖、凋亡及細胞週期調控；癌基因和抑癌基因改變；浸潤及轉移特性等。這些因素既包括腫瘤區內的敏感性差異，也應考慮正常組織的敏感性差異。生物適形調強放射治療則是指利用先進的物理調強放射治療技術，給予不同的生物靶區不同劑量的照射並最大限度地保護正常組織，這是較大幅度提高腫瘤治療療效的希望所在。但是，單一的功能分子影像技術無法全面反映腫瘤的生物學特徵。因此，選取幾種功能分子顯像技術，聯合構建生物靶區、指導實施生物適形調強放療是較為可行的方案。實際上，生物靶區的代謝、乏氧及血供、增殖、受體表達、凋亡、癌基因、浸潤及轉移特性等各因素之間是存在內在聯絡的。有望通過幾種功能分子影像聯合檢測，較為全面的反映生物靶區的特徵，實現個體化的生物適形調強放療。這將是功能分子影像在放射腫瘤學中應用的重要發展方向。
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