目的：原发性肝细胞癌是一种常见高发的恶性肿瘤，不同生物学特性的肝癌反映着不同的恶性程度。PET探针优化是指通过对肿瘤细胞不同特性进行提取，观察其对应不同PET示踪剂的特异性反应，以期能够使用一种或多种示踪剂做出常见肿瘤的鉴别诊断，可作为临床肝癌亚型分类的辅助手段。本课题以不同生物学特性的肝癌作为研究对象，通过多示踪剂组合方式（18F-FDG，18F-FLT，11C-CH），结合多维数据分析和模式识别技术探讨Micro-PET在肝癌生物学行为中的价值，为优化PET探针和临床可视化工作做出指导。　　方法：以人肝癌细胞株（MHCC97H，MHCC97L，HepG2，QGY7701）为研究对象，首先观察其不同的生物学特性，利用三种不同机理的正电子核素示踪剂：18F-FDG（葡萄糖代谢）、18F-FLT（细胞增殖）和11C-CH（细胞膜脂代谢），研究其在不同肝癌细胞中的摄取特征；其次模拟体内环境，观察不同肝癌细胞在干预条件下（葡萄糖，胰岛素，化疗药物）18F-FDG的差异性摄取；随后建立不同特性肝癌的皮下荷瘤模型，观察肿瘤组织的增殖、转移等过程，进一步观察三种示踪剂在不同类型肝癌组织中的摄取特征。最后，将上述实验的结果进行特征提取，以示踪剂的摄取值作为特征参数，观察不同特性肿瘤细胞和组织的摄取值空间分布结果，结合多维数据分析和模式识别等方法构建不同的分类模型，综合分析不同探针组合的摄取显像结果。　　结果：18F-FDG摄取率：HepG2>QGY7701>MHCC97H≈MHCC97L(P<0.01)；18F-FLT摄取率：QGY7701>HepG2>MHCC97H>MHCC97L(P<0.01)；11C-CH摄取率：HepG2>MHCC97L>MHCC97H>QGY7701（P>0.05）。其中，行单一示踪剂实验时MHCC97H和MHCC97L的摄取无显著性差异（P>0.05），作交叉比较发现三种不同示踪剂对应不同细胞的组间摄取差异有统计学意义（P<0.01），说明两种或多种示踪剂可通过摄取值的组合来定位不同特性肝癌细胞的空间分布位置；结合分类模型的数据分析结果，FDG+CH组合方式的二重交叉检验误差明显低于其它两种组合，分类面结果显示FDG+CH的组合相对于其它两种组合能够较好地将不同特性肝癌细胞进行区别分类。三种示踪剂联合分析时，数据分布趋向各自的一致性，二重交叉检验误差低于任意两两示踪剂的组合误差，分类面进一步明确，说明三种示踪剂组合分析有利于区别不同特性的肝癌肿瘤细胞，也说明多参数分类器能为肿瘤生物学特性判别提供更准确的信息。不同干预条件下四种肝癌细胞18F-FDG摄取实验结果显示，葡萄糖干预：HepG2>QGY7701>MHCC97H>MHCC97L(P<0.05)；胰岛素干预：HepG2>QGY7701>MHCC97H>MHCC97L(P<0.05)；化疗药物干预：HepG2>QGY7701>MHCC（P<0.05）。实验发现在模拟体内不同干预条件下单一示踪剂18F-FDG的摄取有明显变化，可以作为区分不同特性肝癌细胞的参考因素。皮下荷瘤模型的Micro-PET显像结果显示，18F-FDG摄取值：HepG2>QGY7701>MHCC97H>MHCC97L（P<0.05）；18F-FLT摄取值：HepG2>QGY7701>MHCC97L>MHCC97H（P<0.05）；11C-CH摄取值：MHCC97H>HepG2≈MHCC97L>QGY7701（P>0.05）。建立分类模型结果显示，FDG+CH的组合分类误差远远低于其他两种组合方式，三种示踪剂组合显像的结果则更为精确，分类误差仅为0.002500。　　结论：1.不同生物学特性肝癌细胞在体内和体外的18F-FDG、18F-FLT和11C-CH摄取特征有明显差异，建立多示踪剂摄取为特征参数的分类模型有助于区分不同类型肝癌细胞。2.不同干预条件下18F-FDG的摄取存在差异，可为单一示踪剂分类肝癌细胞提供依据。3.利用模式识别技术进行数据提取和分析，18F-FDG和11C-CH联合或三种示踪剂联合显像有助于不同分型肝癌的分类。