中枢神经系统临床用PET显像剂的研究进展

邓虞娇，朱 华，杨 志，彭志平，贾建华

(1.重庆医科大学 基础医学院放射医学与肿瘤学实验室，重庆 400016；2.北京大学肿瘤医院暨北京市肿瘤防治研究所 核医学科 恶性肿瘤发病机制及转化研究教育部重点实验室，北京 100142)

中枢神经系统是人体最精细、结构和功能最复杂的系统之一，正电子发射断层显像(PET)是一种核医学显像手段，相对于传统的显示脑解剖学病变的CT(计算机X线断层摄影)、MRI(磁共振成像)等影像学检查，PET能更多的显示脑功能方面的病变。中枢神经系统疾病种类繁多，包括神经内分泌肿瘤、中风、阿尔茨海默症、抑郁症等，每种疾病显示了不同的代谢异常与分子变化，PET显像可选择不同的显像剂用来显示这些异常的变化，从而对疾病进行诊断与疗效评价，尤其是对近年来发病率不断上升的脑血管疾病、神经退行性疾病、精神疾病的早期诊断更有非常重要的临床价值。另外，多模态分子显像是通过融合PET、MRI、光声显像等多种显像技术，从分子水平上获得生物体信息，弥补单一显像方式的不足。影像组学是临床大数据、基因和医学影像有机融合的产物，利用人工智能方法，从影像中高通量地提取大量影像信息，实现靶器官分割、特征提取与模型建立。因此，PET显像剂正朝着多模态分子显像、影像组学和人工智能方向发展。本文以显像剂的不同靶点将目前已经应用于中枢神经系统PET显像剂分成代谢类、受体类、神经递质及转运体类和其他类进行综述，并就相关的多模态分子显像及影像组学的发展进行阐述。

1 代谢类显像剂

1.1 糖代谢类显像剂

葡萄糖是大脑重要能源物质，通过细胞膜上促葡萄糖转运蛋白(GLUTs)和钠-葡萄糖转运蛋白(SGLTs)运输入胞。2-[18F]Fluoro-2-deoxy-D-glucose (2-18F-FDG) 是经典的糖代谢类显像剂，经细胞膜上的葡萄糖转运蛋白进入细胞，优点是摄取率和敏感性高，缺点是特异性与选择性较低。Methyl 4-deoxy-4-[18F]fluoro-β-D-glucopyranoside(Me-418FDG) 是新型糖代谢类显像剂，经肿瘤细胞膜上SGLTs入胞。较2-18F-FDG而言，Me-4-18FDG敏感性和特异性更高，主要应用于脑部肿瘤探测和分级[1]。有研究对大样本量的阿尔茨海默症(AD)患者和轻度认知障碍(MCI)患者进行了18F-FDG PET显像，利用影像组学技术高通量提取大量图像信息，极大提高了AD和MCI诊断的准确率[2]。除2-18F-FDG和Me-418FDG，已进入临床研究的糖代谢类显像剂还有6-[18F]Fluoro-6-deoxy-D-glucose(6-18F-FDG)[3]、2-Deoxy-2-18F-fluoro-D-mannose (18F-FDM)[4]、2-[18F]Fluoro-2-deoxy-D-galactose(18F-FDGal)[5]等。相比于2-18F-FDG取代2号位上羟基，6-18F-FDG取代的是6号位上的羟基，后者对己糖激酶的亲和力更高；18F-FDM是18F-FDG的异构体，两者在肿瘤内浓聚程度相似，但18F-FDM的脑摄取率更低，血液清除率更快；18F-FDGal是18F标记的半乳糖类似物，可量化代谢功能，但目前在神经系统应用不多。

1.2 氨基酸代谢类显像剂

氨基酸是大脑必需营养物质，作为前体合成蛋白质，再转化成神经受体、神经递质、酶等。常用的氨基酸代谢类显像剂有11C-methionine(11C-MET)、11C-tyrosine(11C-TYR)、18F-fluoro-ethyl-tyrosine(18F-FET)、3H-methionine(3H-MET)[6]，主要应用于原发性胶质瘤的诊断、分级和预后。目前研究热点是利用11C-MET在良性颅内病变部位也有摄取的特点降低误诊率与不必要的外科手术[7]。有临床研究报道，Cis-4-[18F]fluoro-D-proline(D-cis-[18F]FPro)是一种敏感的PET示踪剂，能用于监测帕金森综合征基底节区改变[8]。 氟烷基苯丙氨酸类似物2-18F-2-fluoroethyl-L-phenylalanine (2-18F-FELP) 是一种前景较好的脑肿瘤显像PET示踪剂，其体内外特性好，且与L型氨基酸转运体1亲和力高[9]。

1.3 磷脂代谢类显像剂

磷脂能够维持中枢神经系统正常结构与功能。胆碱是合成磷脂的前体，在胆碱激酶的催化下，利用三磷酸腺苷中的磷酸，形成磷酸胆碱。磷酸胆碱在大部分肿瘤组织中的含量高，故胆碱摄取率高。有临床研究对脑肿瘤伴神经纤维瘤病患者进行18F-Fluorocholine PET显像以探究其不同表现[10]。18F-FluoroethylCholine影像组学主要应用于胶质瘤的基因预测、诊断和预后评估研究[11]。

1.4 核苷酸代谢类显像剂

核苷酸是细胞分裂与增殖的原料，在体内被胸苷激酶(TK-1)磷酸化后迅速被细胞摄取，摄取率反映了细胞生长水平。常用的核苷酸代谢类显像剂有3′-deoxy-3′-18F-fluoro-thymidine(18F-FLT)、11C-thymidine(11C-TdR)等，有最新临床研究评估了18F-FLT在脑转移病变中价值[12]。相比18F-FDG，核苷酸代谢类显像剂在划分肿瘤与炎症边界有优势，主要应用于神经胶质瘤和其他脑转移瘤的辅助诊断、增殖监测与疗效评价。

体内物质代谢异常表现在多种疾病中，PET代谢显像剂具有重要的临床应用价值。除上述代谢类显像剂外，目前进入临床研究的还有氧代谢类显像剂、铜代谢显像剂和脂肪酸代谢显像剂等(表1)。代谢类显像剂具有广谱性、高灵敏度的特点，主要用于脑部肿瘤的诊断、分期、手术方案的选择、疗效评估以及复发灶与转移灶的鉴别。不足之处是单一代谢类显像剂特异性不高，通过多种显像剂联合使用，有望解决这一问题。随着多模态影像组学的发展，如PET/光声联合显像[13]，可以对脑部肿瘤进行深层次定位及获得PET药物在体内包括肿瘤组织在内的动态分布和肿瘤摄取情况。目前已有研究利用18F-FET切伦科夫发光显像[14]精确绘制胶质瘤边界，效果优于5-氨基乙酰丙酸的荧光显像。

2 受体显像剂

受体在人体内尤其是神经系统中起着重要的作用，它的密度及分布与疾病的发生发展有密切的联系，因此中枢神经系统的受体显像在临床应用中发挥着越来越重要的作用，也是目前PET显像剂研究的一个主要方向。

2.1 多巴胺(DA)类受体显像剂

多巴胺受体分布在中枢神经系统多巴胺能通路上，参与调节运动、学习、记忆。DA受体家族包括D1、D2、D3、D4、D5。D1受体主要分布在纹状体，D2受体主要分布在尾状核、伏隔核和嗅结节，D3受体主要分布在边缘区，D4受体主要分布在前额叶、海马、杏仁核、丘脑网状核和下丘脑，D5受体脑内表达较低。目前应用于临床研究的D1受体显像剂有11C-R-(+)-7-chloro-8-hydroxy-3-methyl-1-phenyl-2,3,4,5-tetrahydro-1H-3-benzazepine(11C-SCH23390)[15]和11C-8-chloro-7-hydroxy-3-methyl-5-(7-benzofurany-l)-2,3,4,5-tetrahydro-IH-3-benzazepine(11C-NNC112)[16]，其优点是能快速聚集在纹状体，缺点是对5-HT受体有选择性，且代谢快。D2受体显像剂中11C-raclopride[17]和18F-fallypride[18]应用广泛，是研究椎体外系D2受体的合适显像剂，优点是与D2受体结合选择性强、动力学快，缺点是易受内源性多巴胺替代影响。最新研究表明，杏仁核胆囊收缩素阳性神经元在抑郁症发病机制中扮演了重要角色，其主要与伏隔核表达D2受体的抑制性神经元形成突触联系。D3、D4、D5受体显像剂由于选择性差，生物动力学性质不理想，目前没有应用于临床。多巴胺受体显像剂主要应用于帕金森病、阿尔茨海默症、路易体小脑痴呆、精神分裂症、强迫症等多种中枢神经系统疾病的辅助诊断与疗效评价。

2.2 乙酰胆碱类受体显像剂

胆碱能系统是大脑内重要的神经调制系统，参与学习记忆。乙酰胆碱受体分为毒蕈碱型受体(M受体)与烟碱型受体(N受体)。M型受体是G蛋白耦联受体，分为M1受体和M2受体。11C-LSN3172176是一种新型M1受体显像剂，在动物实验内表现较好，有望应用于人体[19]；M2型乙酰胆碱受体显像剂有76Br-4-bromodexetimide(76Br-BDEX)、11C-Bcopolamine等[20]。M型受体显像剂中11C-QNB已用于临床研究。N型受体是配体门控离子通道，参与兴奋性神经递质的调节，能对睡眠、疲劳、觉醒进行调控，其中海马α7乙酰胆碱受体是目前研究热点，它是Rett综合征潜在治疗靶点，并通过动物实验得到了证实，它的表达明显下降与精神病的发病机制有关，并通过临床实验得到了证实。目前靶向α7乙酰胆碱受体的PET分子探针有(3-(1,4-diazabicyclo[3.2.2]nonan4-yl)-6-([18F]fluorodibenzo[b,d]thiophene 5,5-dioxide)(18F-ASEM)[21]、7-(1,4-diazabicyclo[3.2.2]nonan-4-yl)-2-[18F]-fluorodibenzo[b,d]thiophene 5,5-dioxide(18F-DBT10)[22]等。

表1 代谢类显像剂及其在神经系统疾病的临床应用Table 1 Metabolic imaging tracers and their clinical application in neurological diseases

2.3 5-羟色胺(5-HT)受体显像剂

5-羟色胺受体分为七大类和若干亚型，分布于杏仁核、丘脑中部、尾状核、额叶皮质、枕叶皮质和脊髓，参与学习、认知、记忆和运动功能调节。N-[2-[4-(2-methoxyphenyl)-1-Piperazin-yl]ethyl]-N-(2-pyridinyl)cyclohexane carboxamide(11C-WAY100635)[23]、18F-4-(2;-methoxyphenyl)-1-[2;-(N-2″-pirydynyl)-p-fluorobenzamido]ethylpiperazine(18F-MPPF)[24]、18F-trans-4-fluoro-N-2-[4-(2-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]ethyl-N-(2-pyridyl)cyclohexane carboxamide(18F-FCWAY)[25]是目前用于PET研究的5-HT1A受体显像剂，但有代谢快、产生P-糖蛋白底物和放射性脱氟的缺点，在临床上的应用受到限制。最有效的5-HT2A受体显像剂包括非选择性的18F-setoperone[26]和选择性的18F-Altanserin[11]、(2,3-dimethoxyphenyl)-[1-[2-(4-fluorophenyl)ethyl]piperidin-4-yl]methanol(11C-MDL 100,907)[27]。有新的研究用11C-MDL 100,907 PET显像对电休克法治疗抑郁症进行疗效评价，结果显示，示踪剂结合减少与5-HT2A受体利用率降低相一致[28]。在初步人体研究中有进展的显像剂包括5-HT1A受体拮抗剂11C-trans-N-{2-[4-(2-methoxyphenyl)piperazinyl]ethyl}-N-(2-pyridyl)-N-(trans-4-18F-fluoromethylcyclohexane)carboxamide(11C-trans-MeFWAY)，两种5-HT1B受体的放射性配体11C-5-methyl-8-(4-methyl-piperazin-1-yl)-4-oxo-4H-chromene-2-carboxylic-acid-(4-morpholin-4-yl-phenyl)-amide(11C-AZ10419096)[29]、R-1-[4-(2-methoxy-isopropyl)-phenyl]-3-[2-(4-methyl-piperazin-1-yl)benzyl]-pyrrolidin-2-one(11C-P943)[30]，以及5-HT4A受体的放射性配体8-amino-7-chloro-(N-[11C]methyl-4-piperidyl)-1，4-benzodioxan-5-carboxylate(11C-SB207145)[31]。由于5-HT3、5-HT2B和5-HT5受体在人体内密度低、分布少，目前没有成功的放射性配体[32]。5-HT受体显像剂主要应用于抑郁症、焦虑症、癫痫和阿尔茨海默症。

2.4 阿片受体显像剂

脑内有μ、δ和κ三种阿片肽受体，分布在不同脑区，阿片肽类显像剂以特异性或非特异性的方式与其结合，发挥相应作用。常用的阿片类受体显像剂有11C-Diprenorphine(11C-DPN)[33]、11C-Carfentanil(11C-CFN)[34]、11C-methylnaltrindole(11C-MeNTl)、18F-Cyclofoxy、11C-GR103545等。11C-DPN是非特异性放射性配体，与三种受体均可结合。11C-CFN是靶向μ受体的放射性配体，11C-MeNTl则是靶向δ受体的配体。11C-GR103545是传统的κ阿片受体放射性示踪剂，在人体内组织动力学较慢；11C-FEKAP、11C-LY2795050分别是新型的κ阿片受体的选择性激动显像剂和选择性拮抗显像剂，经恒河猴体内实验证实，它们在脑内的亲和力与选择性更高[35-36]。阿片受体显像剂主要应用于癫痫的辅助诊断与疗效评价[37-38]。

2.5 Sigma1受体显像剂

Sigma1受体是位于内质网线粒体相关膜上的伴侣蛋白，广泛分布在中枢神经系统的细胞膜系统，通过调节N型钙通道的开闭，能影响胆碱能、谷氨酸能、肾上腺素能、5-羟色胺能、γ-氨基丁酸能和多巴胺能等神经递质形成、传导与释放，参与中风、抑郁、阿尔兹海默症、精神分裂等神经系统疾病的病理生理过程[39]。目前已用于人体内研究的Sigma1受体显像剂有11C-SA4503、18F-FPS、(S)-18F-fluspidine、18F-FTC146，但暂时没有Sigma1受体显像剂用于临床[40]。

2.6 Aβ蛋白和Tau蛋白显像剂

β-淀粉样蛋白(Aβ)和Tau蛋白虽然不属于受体，但是由Aβ蛋白形成的老年斑和高度磷酸化的Tau蛋白形成的神经纤维缠结在脑内的聚集是AD的两个重要病理学特征。以Aβ和为Tau为靶点，进行PET显像，能够了解脑内Aβ和Tau的分布情况，有助于实现AD的早期诊断和药效评估。目前开发的用于PET显像的Aβ显像剂有数十种，11C-2-(4-N-11C-methylaminophenyl)-6-hydroxybenzothiazole(11C-PIB)是最常用的Aβ显像剂，在全球已完成10 000多例的PET显像采集。2-(3-[18F]fluoro-4-methylaminophenyl)benzothiazol-6-ol(18F-GE067)、[18F]-(E)-4-(N-methylamino)-4′-(2-(2-(2-fluoroethoxy)ethoxy)ethoxy)-stilbene(18F-BAY94-9172)、[18F]-(E)-4-(2-(6-(2-(2-(2-fluoroethoxy)ethoxy)ethoxy)pyridin-3-yl)vinyl)-N-methylaniline(18F-AV45)三种Aβ显像剂目前已经获得FDA批准用于临床AD患者及其他认知功能障碍患者的大脑显像[41]。2-(1-{6-[(2-[18F]fluoroethyl)methylamino]-2-naphthyl}ethylidene)malononitrile(18F-FDDNP)是第一个Tau蛋白显像剂，但它与Aβ蛋白也有较高亲和力，因此选择性较差。目前，广泛用于人体试验的Tau显像剂有7-(6-fluoropyridin-3-yl)-5H-pyrido[4,3-b]indole(18F-AV-1451)、(S)-2-(4-methylaminopyridyl)-6-[(3-[18F]-fluoro-2-hydroxy)propoxy]quinolone(18F-THK-5351)、11C-(5-((1E,3E)-4-(6-[11C]methylamino)pyridin-3-yl)buta-1,3-dien-1-yl)benzo[d]thiazol-6-ol(11C-PBB3)、18F-(S)-2-(4-methylaminophenyl)-6-[(3-[18F]-fluoro-2-hydroxy)propoxy]quinolone(18F-THK5317)，这些显像剂大多存在选择性差的缺点[42-45]。

由于受体类显像剂种类繁多，除了上述PET显像剂外，还有已用于临床研究的11C-flumazenil、11C-(R)-N-methyl-N-(1-methylpropyl)-1-(2-chlorophenyl)isoquinoline-3-carboxamide(11C-PK11195)苯二氮卓类受体/γ-氨基丁酸受体显像剂[46]；以突触囊泡糖蛋白(SV2A)为靶点的显像剂18F-UCB-H[47]；P-糖蛋白显像剂(R)-11C-verapamil、11C-Desmethyl-Loperamide[48]；通过N-[4-[6-(isopropylamino)pyrimidin-4-yl]-1,3-thiazol-2-yl]-4-(11)C-methoxy-N-methylbenzamide(11C-ITMM)进行mGluR1显像的谷氨酰胺受体显像剂[49]；11C-Doxepline、11C-pyrilamine组胺受体显像剂[50]；特异性好、敏感度高的大麻素受体显像剂18F-MK9470、11C-MEPEP、11C-CB119等；可通过18F-fluorocarzolol、11C-MPDX肾上腺素受体显像剂观察抑郁症与帕金森病患者肾上腺素能受体分布情况[51]。

中枢神经系统受体显像剂及其临床应用列于表2。受体类显像剂种类丰富、特异性高、敏感性高、靶/非靶比值高，不足之处是易受内源性配体影响。受体种类多样，疾病表现形式复杂多变，常规影像学诊断难度较大。随着计算机效率的提高和算法的进步，人工智能逐渐完善，影像组学得到进一步发展，利用影像组学方法能精确识别各种类型的中枢神经系统疾病，如有研究利用影像组学方法辅助诊断精神分裂症，通过绘制出相应曲线，精确地将正常人与精神分裂症患者划分开来[52]。近年来，海马的影像组学特征越来越受到关注，有望成为诊断AD的生物标志物[53]。

表2 中枢神经系统受体显像剂及其临床应用Table 2 Central nervous system receptor imaging tracers and their clinical applications

续表2

续表2

3 神经递质及转运体类显像剂

3.1 乙酰胆碱及转运体显像剂

乙酰胆碱是脑内重要神经递质之一，有防止记忆减退、延缓衰老的作用，随着年龄的增加，在脑内的含量逐渐下降。突触间隙内乙酰胆碱(Ach)被乙酰胆碱酯酶(AchE)水解后灭活或被突触前膜囊泡性乙酰胆碱转运体重新摄取。Ach水平一定程度上反映了AchE活性，N-[11C]Methylpiperidin-4-ylacetat-e(11C-MP4A)是11C标记的Ach类似物，可进行AD显像[54]。在神经退行性疾病早期，胆碱能使神经元数量下调，故乙酰胆碱转运体的表达与神经退行性疾病严重程度有关。以乙酰胆碱转运体为靶点的放射性配体引入体内后，通过PET显像，可获得乙酰胆碱转运体的表达情况，对神经退行性疾病进行早期诊断。常用的乙酰胆碱转运体显像剂有11C-o-methyl-trans-decalinvesamicol(11C-OMDV)、(2R,3R)-8-(2-[18F]fluoro-ethoxy)-3-hyd-roxy-1,2,3,4-tetrahydronaphthalen-2-yl)piperidin-4-yl)(4-fluorophenyl)-methanone(18F-VAT)[55]等，其中18F-VAT能准确反映脑内乙酰胆碱转运体水平，是一种选择性较强的PET显像剂[19,56]。

3.2 多巴胺及转运体显像剂

Fluorodopa(FDOPA)是L-多巴类似物，即多巴胺神经递质前体，能进入血脑屏障，被多巴脱羧酶脱羧后转变为多巴胺类似物6-18F-L-FDOPA，与受体结合发挥作用。帕金森(PD)患者多巴胺能递质合成障碍，故纹状体多巴胺含量减少。多巴胺转运蛋白(DAT)是位于突触前膜的Na+/Cl+依赖性跨膜蛋白，能通过主动运输的方式将突触间隙内多巴胺运送回胞内，调节突触间隙内神经递质水平，影响多巴胺系统学习活动、记忆和内分泌功能。18F-FP-CIT能用于脑灌注和多巴胺转运体成像，应用于帕金森综合征。18F-fluoropropylcarbomethoxyiodophenylnortropane(18F-β-CIT)也是多巴胺转运体显像剂，应用于神经退行性疾病[57]。

3.3 5-羫色胺及转运体显像剂

5-羫色胺是脑内重要的神经递质之一，参与睡眠、饮食和活动的调节。色氨酸类似物(alpha-methyltryptophan, AMT)在酶的催化下形成AM-5HT，其不能被单胺氧化酶分解，故停留在胞内。11C-AMT[58]有助于癫痫的诊断、定位与治疗。5-羟色胺转运蛋白(SERT)位于突触前膜，起着调节突触间隙内5-羟色胺递质的功能。5-羟色胺转运蛋白显像剂有trans-1,2,3,5,6,10-β-hexahydro-6-[4-([11C]methylthio)phenyl[pyrrolo-[2,1-a]isoquinoline](11C(+)McN5652)、11C-3-amino-4-(2-dimethylaminomethyl-phenylsulfanyl)-benzonitrile(11C-DASB9)、N,N-dimethyl-2-(2-amino-18F-fluorophenylthio)benzylamine(18F-ADAM)等，主要应用于精神分裂症、焦虑、抑郁、强迫症的诊断、定位与治疗[20,59]。

3.4 囊泡单胺转运体显像剂

囊泡单胺转运体(VMAT)位于囊泡膜上，通过H+-ATP酶泵使膜两侧出现电位差，利用此化学势能将胞质内的单胺类递质转运入囊泡内。VMAT2是囊泡单胺转运体的一个亚型，可作为中枢神经系统单胺能神经元损害的标志，目前研究较成熟的是帕金森病(PD)，与多巴胺能神经元损害有关。11C直接标记的VMAT2类显像剂以9-(+)-11C-dihydrotetrabenazine(11C-(+)-α-DTBZ)应用最广，对临床PD患者进行11C-(+)-α-DTBZ PET显像，与PD诊断评分有明显相关性。故11C-(+)-α-DTBZ可用于PD的早期诊断。18F标记的VMAT2类显像剂以9-18F-fluoropropyl-(+)-desmethyldihydrotetrabenazine(18F-FP-(+)-DTBZ)(18F-AV133)应用较广，主要应用于诊断早期帕金森病和中枢神经退行性疾病[20,60-61]。

神经递质及转运体类显像剂在癫痫、帕金森病、神经退行性疾病，尤其是神经精神类疾病中有独特的诊断价值，有助于揭示疾病的发生机制(表3)。随着研究不断向基因水平深入，影像基因组学近年来发展较快，如乙酰胆碱基因是影像基因组学应用于注意缺陷多动障碍的候选基因，多巴胺基因、5-羫色胺基因也是影像基因组学应用于精神类疾病研究的候选基因。

表3 中枢神经系统神经递质及转运体类显像剂及其应用Table 3 Neurotransmitters and transporters of central nervous system imaging tracers and their applications

4 其他类显像剂

脑血管储备下降被认为是脑卒中的重要危险因素，若能检测脑血管储备，必将有助于脑血管疾病的早期诊断、治疗方案的确定和预后判定。13N-ammonia是小分子、中性的水溶液，能随血流跨过血脑屏障，在脑组织中被转化为谷氨酰胺，不参与脑组织代谢。13N-ammonia的摄取量与脑血流量和毛细血管通透面积正相关，当发生脑血管意外时，13N-ammonia的摄取、清除率发生改变，PET显像表现为病灶部位放射性降低或缺失[62]。

常用的乏氧显像剂是硝基咪唑类化合物18F-fluoromisonidazole(18F-FMISO)，在放疗中常被用作增敏剂，能在乏氧细胞内聚集，因而用于乏氧细胞的显像。18F-FDG与18F-FMISO合用能完整地描绘肿瘤的边界，从而确定最佳治疗范围。除18F-FMISO外，还有其他乏氧显像剂的报道，如60/62/64Cu-diacetyl-bis(N4-methylthiosemicarbazone)(60/62/64Cu-ATSM)[63]。

5 前景与展望

中枢神经系统PET显像剂种类丰富，并不断朝着多学科交叉方向发展，在传统显像剂高特异性高敏感性的基础上结合了影像组学、人工智能与多模态成像准确性高信息丰富的优点，从而在揭示大脑工作原理、中枢神经系统发病机制和提高诊断准确性方面有独特的优势。影像组学分析通过人工智能方法，不仅能捕捉大量肉眼不可见的高维影像信息，还能对疾病进行量化分析和预测，可实现影像、临床、病理和基因等多源信息的关联。因此，开发更多特异性更强的PET显像剂是影像组学发展的重要基础。此外，近年来多模态成像技术发展迅速，越来越受到人们重视，如PET和fMRI(功能性核磁共振成像)联合应用评估大脑的代谢/流量、神经受体适应性和网络的能量需求；切伦科夫光学成像用于术中划分肿瘤边界；PET和光声联合显像能够实现多模态影像引导的热疗/化射协同治疗。因此，多模态分子探针也是PET显像剂未来发展方向之一。