最新PET/CT產(chǎn)品介紹及應用優(yōu)勢

姚稚明

衛(wèi)生部北京醫(yī)院核醫(yī)學科 (北京 100730)

最新PET/CT產(chǎn)品介紹及應用優(yōu)勢

姚稚明

衛(wèi)生部北京醫(yī)院核醫(yī)學科 (北京 100730)

PET/CT從根本上解決了核醫(yī)學圖像解剖結(jié)構(gòu)不清楚的缺陷，同時又采用CT圖像對核醫(yī)學圖像進行全能量衰減校正，使核醫(yī)學圖像真正達到定量的目的并且提高診斷的準確性，實現(xiàn)了功能圖像和解剖圖像信息的互補。這種一體化機型將PET掃描儀與CT掃描儀裝配在同一機架內(nèi)，二者共用同一檢查床，由同一計算機工作站控制，在受檢者不動的前提下，一次檢查就完成兩項掃描。PET/CT是目前分子顯像最先進的醫(yī)療設(shè)備，可明顯縮短檢查時間，提高診斷的靈敏度和特異性。PET/CT可同時提供PET圖像與CT影像，并進行真正意義上的圖像融合。

目前最新的PET/CT設(shè)備是將高清HD-PET 平臺與全球首款自適應螺旋CT 平臺有機結(jié)合起來，綜合了最新一代PET掃描儀的高靈敏度、高分辨率、高速度和大視野等優(yōu)點與螺旋CT的所有功能，在腫瘤、復雜病變區(qū)域的精確定性及定位、心腦血管疾病、感染性病灶和動脈粥樣硬化活動斑塊的檢測和評估方面顯示出突出優(yōu)勢，代表了當今國際醫(yī)學影像發(fā)展的最高水平。

與既往所有的 PET/CT相比，新型PET/CT具有更快的掃描速度、更大的視野范圍、更少的病人輻射劑量和更強大的病人微小病灶診斷能力。它可在5 分鐘之內(nèi)完成全身PET/CT 掃描，能夠靈活完成日常CT 掃描。這種成像圖像可提供出類拔萃的診斷性能。新型PET/CT具備真正的服務共享功能，可實現(xiàn)無與倫比的工作效率，該系統(tǒng)設(shè)計獨特，擁有短腔體、大孔徑和小體積，可為患者帶來更多呵護和更高舒適度。本文著重介紹最新的PET和CT技術(shù)進展，包括PET晶體技術(shù)(LSO，晶體倍增技術(shù))，PET重建技術(shù)(時間飛行技術(shù)， 高清技術(shù))，視野擴大技術(shù)，散射校正技術(shù)，CT球管技術(shù)，CT高分辨技術(shù)，CT實時劑量調(diào)制、自適應劑量屏蔽技術(shù)，后處理技術(shù)等。

1 PET 的新型閃爍晶體及切割技術(shù)

閃爍晶體的合理選用對于提高PET 的時間和空間分辨力有著決定性的作用。因此，為了獲得盡可能高的空間分辨力和時間分辨力，使用性能更優(yōu)的閃爍晶體材料來制作探測器是最有效的方法之一。近年來，閃爍晶體材料得到了迅速的發(fā)展，從最早期的NaI(碘化鈉)晶體到BGO(鍺酸鉍)晶體，再到后來的GSO(硅酸釓)，直到目前被業(yè)界廣泛認可并接受的LSO(硅酸镥)[1]。

BGO 出現(xiàn)于20 世紀70 年代早期，曾經(jīng)是PET 使用的主要晶體，但由于其余輝時間較長(300ns)，限制了符合時間分辨率，降低了采集效率[2]。GSO 晶體的一級余輝時間為56ns，具有較好的符合時間分辨率，但是其具有二級余輝效應(600ns)，且該晶體機加工性能差，易裂，這些極大限制了GSO 應用范圍。目前為止，成熟應用于商業(yè)設(shè)備的PET閃爍晶體，業(yè)界普遍公認LSO 是綜合特性最好的晶體[3]，它的密度和原子序數(shù)都較高，對γ射線有高的探測效率,晶體物理性能好，牢固且不吸濕。此外，最重要的是它的余輝時間僅40 ns(無二級余輝)，這為PET的快速掃描提供了可能。表1中總結(jié)的是這些晶體的物理參數(shù)。

表1 PET晶體物理性能對比

LSO晶體的主要優(yōu)勢是快速掃描，LSO PET/CT全身掃描時間僅需7～15min，而傳統(tǒng)BGO PET/CT全身掃描時間約需30min。LSO PET/CT的高病人流通量使得每日可做多至17例全身檢查，明顯提高醫(yī)院的經(jīng)濟效益，加快設(shè)備的投資回報。另一方面，快速的全身掃描使病人受檢時因身體位移造成圖像質(zhì)量受到影響的因素大大減少，因此明顯提高了診斷的準確性。LSO PET/CT的快速掃描特別適合于VIP患者、危重患者、兒童患者等不適于長時間接受檢查的病人。

新型晶體誕生才得以允許將晶體切割得更小，晶體越小，PET分辨能力越高。高分辨能力提高了病灶檢出率，提高診斷準確性，是醫(yī)院購置高端設(shè)備首先需要考慮的前提。LSO HI-REZ (晶體倍增)技術(shù)充分利用了LSO 獨特的閃爍特性優(yōu)勢，顯著提高了PET的分辨率。LSO HI-REZ技術(shù)所提供的4mm正方形LSO晶體及由此所得到的小體積尺寸都是當今無與倫比的，這使得系統(tǒng)的容積分辨率較以前提高了250%?；谠摷夹g(shù)的應用，PET/CT具備了超高系統(tǒng)計數(shù)率、更短的病人掃描時間、優(yōu)異的體積靈敏度、超高的空間采樣和各向同性的空間分辨率。憑借其對高分辨的代謝和解剖信息的精確配準及融合，為臨床醫(yī)生提供了全新的、最有力的診斷工具。

2 PET高分辨率技術(shù)

2007年6月2日至6日在美國華盛頓舉辦的核醫(yī)學學會(SNM)年會上，推出了一種新式高分辨率正電子發(fā)射斷層掃描成像(HD-PET)系統(tǒng)。這是一種高分辨率的PET技術(shù)，在整個視野內(nèi)都可提供更清晰的圖像，能夠提供小病灶的出色影像，具有更大的疾病分期能力和治療準確度， 能讓醫(yī)生更有把握確定淋巴結(jié)、腹部、頭頸部和腦部的小病灶，從而更早地提供針對性的治療方案。

傳統(tǒng)PET在整個FOV內(nèi)使用一樣的重建原理，并不把探測器的幾何構(gòu)造和響應線(LOR)的錯位考慮進去，這導致離中心越遠圖像越模糊。HD-PET的重建函數(shù)整合了數(shù)百萬個精確測量的點擴散函數(shù)(PSF)。使用精確的點擴散函數(shù)，HD-PET將響應線(LOR)與它們的真實幾何位置準確對位，顯著降低了圖像模糊與失真(圖1)。通過采用專利的重建技術(shù)，HD-PET可提供不變形的全視野圖像，2mm這一更高的分辨率使醫(yī)生可更精確地從中心到邊緣觀察微小的病灶(圖2)。PET系統(tǒng)清晰度的增加還顯著提高了對比度，信噪比提高了2倍，顯示的圖像更為清晰。這使臨床醫(yī)生能夠更好地區(qū)分健康的與可疑的組織。PET高清晰成像系統(tǒng)的優(yōu)勢包括更好的癌癥診斷、疾病分期、治療和術(shù)后/放射后監(jiān)測。HD-PET還因其可檢測出病灶的精確范圍而提高放療規(guī)劃的準確性(圖3)。高清晰度的影像對于監(jiān)控手術(shù)后或治療后的患者非常重要。影像清晰度可使醫(yī)生能夠發(fā)現(xiàn)小的早期復發(fā)的頭頸部惡性腫瘤，尤其對手術(shù)后和放射治療后解剖結(jié)構(gòu)變形的患者。

圖1 (A)傳統(tǒng)的PET在整個FOV內(nèi)使用一樣的重建原理，并不把探測器的幾何構(gòu)造和響應線的錯位考慮進去，導致了圖像邊緣失真，離FOV越遠圖像越模糊。(B)采用PSF技術(shù)可以精確描述響應線位置，以此定位正電子湮滅事件。

圖2 HD-PET的重建函數(shù)整合了數(shù)百萬個精確測量的點擴散函數(shù)(PSF)。使用精確的點擴散函數(shù)，HD-PET將響應線(LOR)與它們的真實幾何位置準確對位，顯著地降低了圖像模糊與失真。

圖3 HD-PET可明顯檢測出較小的病灶并給出病灶的精確范圍，從而提高放療規(guī)劃的準確性。

3 PET飛行時間(TOF )技術(shù)

上世紀80年代有專家提出，通過測定正電子湮滅時發(fā)出的兩個光子到達不同探測器時間的不同而直接推算出湮滅發(fā)生的具體位置，即TOF(Time of Flight)技術(shù)，這樣，不需要復雜的計算就可直接得到PET影像，但是由于晶體技術(shù)和計時技術(shù)水平有限，最終沒能實現(xiàn)。LSO 和LYSO快速閃爍晶體引起了人們對PET 飛行時間(TOF，Time of Flight)方面的興趣[4]。具有快速閃爍晶體和電子線路的設(shè)備可在一定分辯率之內(nèi)，測量患者體內(nèi)由正電子湮滅產(chǎn)生的一對光子到達探測器的時間差異，以此來確認正電子湮滅的位置。例如，一臺符合時間分辯率為500ps的掃描儀，在湮滅位置上的空間不確定性就是7.5cm。這種不確定性導致不能將湮滅定位于一個2mm的體素中，但這仍好于沒有一點時間信息并且將可能性平均地分配于響應線上所有體素的情況。與之不同的是，湮滅發(fā)生最可能的位置是在不確定分布的中心。TOF分辯率改善時，空間的不確定性減少并且信噪比以極大的倍數(shù)增加。采用飛行時間技術(shù)在偵測每個符合光子時，能夠測量實際的時差。這種時間信息可用于在沿每條響應線(LOR)的小范圍內(nèi)更好地定位事件。采用TOF 更出色地定位每個事件，可降低重建圖像的模糊度(圖 4)。

圖4 傳統(tǒng)PET在偵測符合光子時，4 條響應線匯聚在一起，生成的圖像粗略地近似于實際圖像，模糊情況突出。TOF掃描是按照時間沿每條響應線進行的，可更好地估計實際圖像，降低模糊度。

4 PET視野擴大和散射校正技術(shù)

視野擴大技術(shù)可使軸向視野(FOV)擴大33%，從而使計數(shù)率性能提高70% 以上，確保在臨床應用中靈活降低劑量率或使掃描時間減半。要想充分利用擴大的FOV，可提高三維PET 采集的接受角度。通過這種方法，可在給定的單位時間內(nèi)測量更多的響應線。通過增加響應線可提高計數(shù)率性能，從而使掃描方案變得更加靈活。利用視野擴大技術(shù)，可改善圖像品質(zhì)，同時短縮掃描時間，或降低注入的劑量。掃描時間縮短可減少患者的運動，從而減少運動偽影，為其他專門CT 掃描騰出更多時間。

散射校正是PET 圖像質(zhì)量的重要組成部分，尤其對于心臟掃描而言。在心臟掃描中，散射光子經(jīng)常是肝臟和腸道等心臟周圍組織結(jié)構(gòu)活動的結(jié)果。不采用散射校正，圖像的質(zhì)量就會降低，即使能夠用來診斷，也會使分析變得很困難。為改善圖像分析結(jié)果，完成患者評估，可采用散射校正技術(shù)——一個基于模型的高效Compton 散射校正系統(tǒng)(采用基于Monte Carlo 的計算技術(shù))。這種散射模擬算法采用一種獨特、直觀的采樣技術(shù)，對樣本散射點進行求和處理。散射校正非常的高效，因為它可反復使用通過對象的射線總和，計算散射對多個響應線的影響。我們基于散射的計算法經(jīng)證明，可為針對不同患者定制的散射校正提供最佳的速度和精度的平衡。

5 PET后處理技術(shù)

圖5 全身三維的自動對準，可高效地對比如治療前、治療中和治療后的掃描結(jié)果。

準確的診斷、精確的分期、有效的療效評估、治療后再分期等對腫瘤的治療決策至關(guān)重要。隨著影像醫(yī)學的快速發(fā)展，近20年來，影像技術(shù)的應用使腫瘤治療進入了一個“精確定位、精確計劃、精確治療”的時代[5,6]。傳統(tǒng)的PET評估腫瘤治療效果的方法是：首先分別回顧治療前后的PET圖像，然后對圖像進行比較，最后得出比較結(jié)果。這類方法耗時較長，圖像需要逐層比較；人為因素影響大，比較結(jié)果不準確。目前，PET后處理技術(shù)可加速癌癥管理流程，提供高質(zhì)量生物效應評估，可高效地對比三個不同時間點的掃描(如治療前、治療中和治療后)(圖 5)。對于PET/CT、SPECT/CT以及不同時間掃描得到的CT或MRI圖像，PET后處理技術(shù)可自動配準和顯示，方便隨訪對比，幫助臨床醫(yī)生更好地做出治療決策。新型的后處理技術(shù)具有以下4個功能：(1)全自動精確圖像融合(器官部位配準和病灶配準)；(2)多方式立體觀察；(3)精確定量分析(SUV值，腫瘤大小等)；(4)自動生成報告。應用TrueD技術(shù)，臨床醫(yī)生可大大地減少對腫瘤等疾病的診斷時間，并可有效地給出治療方案等。

6 CT球管技術(shù)及高分辨技術(shù)

新型的CT球管采用球管直接冷卻技術(shù)，完全不同于傳統(tǒng)的陽極冷卻方式。它可以使機架旋轉(zhuǎn)速度達到0.33s/周，并且可在最高掃描速度條件下實現(xiàn)無限制容積覆蓋而不犧牲圖像質(zhì)量和分辨率。球管直接冷卻技術(shù)實現(xiàn)了超大的散熱效率，所以不需考慮陽極熱容量的存在(OMHU陽極熱容量新概念)。

最新的CT 高分辨技術(shù)沒有通過縮小探測器尺寸來改善空間分辨率，而是使用兩個重疊的X 射線束，大幅提高了空間分辨率(0.4mm)，同時保持劑量不變(圖6)。這使無論在任何掃描、轉(zhuǎn)速及任何掃描位置條件下，都能獲得高達0.33mm的業(yè)界領(lǐng)先的各向同性分辨率。此外，該系統(tǒng)可滿足腕部、關(guān)節(jié)和內(nèi)耳檢查超高分辨率骨成像的要求。我們進一步提高了空間分辨率的上限，提供無與倫比的0.24 mm各向同性分辨率——迄今為止，只有平板和microCT 技術(shù)可達到。

圖6 常規(guī)的64 斷層技術(shù)在常規(guī)臨床掃描的分辨率方面存在很大的局限性。使用兩個重疊的X 射線束，同時保持劑量不變(Z-Sharp技術(shù))，無論在任何螺距和掃描速度條件下，都能清晰顯示0.4 mm的像。

7 CT實時劑量調(diào)制和自適應劑量屏蔽技術(shù)

CT實時劑量調(diào)制方案采用一種先進的計算技術(shù)，在螺旋和序列掃描中，這種計算技術(shù)可根據(jù)患者身體組織的具體形狀，實時進行X 射線管電流調(diào)制。它可針對低衰減視圖降低患者劑量，而對高衰減角度，則保持稍高的電流?；倦娏髟O(shè)置是通過最初的定位片確定的。在掃描過程中，探測器組件測量通過患者的衰減，并將該信息傳送至X 射線管的輸出發(fā)生器，確保電流處于可提供理想圖像質(zhì)量的水平。CT實時劑量調(diào)制技術(shù)可帶來如下經(jīng)濟和臨床益處：(1)相對于未采用實時劑量調(diào)制技術(shù)的臨床成像方案，可在確保相同圖像質(zhì)量的情況下，使劑量降低高達66%；(2)掃描肩部等不對稱身體部位或掃描雙臂置于身體兩側(cè)的患者時，可改善圖像質(zhì)量，減少偽影降低功耗和熱負載；(3)更大的螺旋掃描范圍和更高的多期檢查靈活性，尤其適用于肥胖患者；(4)適用于兒科患者的低劑量檢查。

CT 領(lǐng)域獨一無二的自適應劑量屏蔽技術(shù)是新型的X 射線管設(shè)計不可分割的一部分。它可移動X 射線管上的準直儀，擋住不必要的輻射劑量。這種自適應劑量屏蔽裝置可在螺旋掃描開始時動態(tài)地打開，并在螺旋掃描結(jié)束時動態(tài)地關(guān)閉。如今可消除所有臨床不必要的劑量。它不僅適用于各種專用應用，還適用于所有螺旋采集，使您能夠在腹部CT等常規(guī)檢查中，降低20%的劑量。

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1006-6586(2011)04-0013-04

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2011-03-29

姚稚明，博士，碩士生導師，主任醫(yī)師，衛(wèi)生部北京醫(yī)院核醫(yī)學科主任