分子影像學(xué)技術(shù)及其新進(jìn)展

錢明理

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院，上海市，200092

0 概 述

盡管在過(guò)去的20多年里，醫(yī)學(xué)影像學(xué)的設(shè)備和技術(shù)有了顯著的進(jìn)步，但都是通過(guò)非特異性的成像手段進(jìn)行疾病的診斷，如組織的物理特性（組織的吸收、散射、質(zhì)子密度等）的不同，或者從生理學(xué)角度（如血流速度的變化）來(lái)鑒定疾病，圖像不能顯示分子生物學(xué)的改變與疾病的關(guān)系。只有當(dāng)機(jī)體發(fā)生明顯的病理或解剖結(jié)構(gòu)的改變時(shí)才能發(fā)現(xiàn)異常，此時(shí)往往已錯(cuò)過(guò)了治療的最佳時(shí)機(jī)。

1999年美國(guó)哈佛大學(xué)Weissleder等人首次提出了分子影像學(xué)(molecular imaging）的概念，即應(yīng)用影像學(xué)方，在特異的分子探針的幫助下，對(duì)活體狀態(tài)下的生物過(guò)程進(jìn)行細(xì)胞和分子水平的定性和定量研究。分子影像學(xué)是從生理、生化水平顯像,從而達(dá)到認(rèn)識(shí)疾病、闡明病變組織生理過(guò)程的變化、病變細(xì)胞的基因表達(dá)、代謝活性的高低、病變細(xì)胞是否存活以及細(xì)胞內(nèi)生物活動(dòng)的狀態(tài)等目的。這不僅可以提高臨床診治疾病的水平，更重要的是有望在分子水平發(fā)現(xiàn)疾病，真正做到早期診斷和治療[2-3]。 分子影像學(xué)代表了未來(lái)醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展方向，其巨大潛力和不斷發(fā)展將對(duì)現(xiàn)代和未來(lái)醫(yī)學(xué)模式產(chǎn)生革命性的影響。

按探測(cè)方式的不同，分子影像學(xué)設(shè)備可以分為核素成像、磁共振成像、光學(xué)成像和超聲成像四種。這些影像技術(shù)均有各自的利弊，但以PET的分子顯像研究最具活力。

2 單一模式

在分子影像學(xué)發(fā)展的初期，通常采用單一設(shè)備進(jìn)行成像。這樣由于信息收集不充分，所得結(jié)果的可靠性不高。但這畢竟是分子影像學(xué)的開(kāi)端，至今仍是分子生物學(xué)檢查不可缺少的工具。

2.1 核素成像

核素成像的基本原理是將放射性同位素標(biāo)記在人體所需的某種代謝產(chǎn)物上制成探針，將這種探針注入人體后，觀察一定時(shí)間內(nèi)同位素在體內(nèi)的分布、代謝、排泄情況，以了解人體組織的某種特定功能。根據(jù)感興趣分子與探針的不同，核醫(yī)學(xué)顯像可以分為代謝顯像、抗體顯像、受體顯像、報(bào)告基因顯像和反義顯像。就設(shè)備本身而言，正電子發(fā)射斷層成像術(shù)(Positron Emission Tomography, PET) 和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)(Single-Photon Emission Computed Tomography, SPECT) 是兩種重要的成像手段。

PET成像在目前分子影像學(xué)研究中占據(jù)著極其重要的地位。按照放射性分布的絕對(duì)量用PET進(jìn)行連續(xù)性掃描，根據(jù)動(dòng)力學(xué)模型和圖像數(shù)據(jù)，可對(duì)活體組織中的生理生化過(guò)程做出定量分析，如血流量、能量代謝、蛋白質(zhì)合成、脂肪酸代謝、神經(jīng)遞質(zhì)合成速度、受體密度及其與配體結(jié)合的選擇性和動(dòng)力學(xué)等。

PET設(shè)備由PET掃描儀、回旋加速器及放射性探針組成，經(jīng)歷了近一個(gè)世紀(jì)的緩慢發(fā)展過(guò)程。1976年專用PET開(kāi)始正式進(jìn)入全球醫(yī)療市場(chǎng)，用于基礎(chǔ)科學(xué)研究。80年代開(kāi)始，PET生產(chǎn)廠家CTI和Scanditronix分別與Siemens和GE公司合作，大公司的介入使PET掃描儀的發(fā)展進(jìn)入了新的發(fā)展階段。進(jìn)入90年代后，隨著分子生物學(xué)和分子醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，正電子類示蹤劑的獨(dú)特生物學(xué)優(yōu)勢(shì)逐漸顯露。多環(huán)探測(cè)器、模塊化晶體、3D結(jié)構(gòu)等多種新技術(shù)及新型的晶體材料的應(yīng)用，使PET的射線探測(cè)能力和分辨率都有了明顯的提高，促使了PET在臨床的推廣應(yīng)用。PET開(kāi)始走出研究室、實(shí)驗(yàn)室，成為臨床醫(yī)學(xué)影像技術(shù)之一，其臨床檢查主要集中于腫瘤、心臟和中樞神經(jīng)三個(gè)方面。

在掃描儀發(fā)展的同時(shí)，回旋加速器的研制和正電子顯像劑的臨床應(yīng)用也同樣取得進(jìn)展。小型回旋加速器的自動(dòng)控制和顯像劑的自動(dòng)合成，使正電子核素的產(chǎn)生及正電子顯像劑的合成更加簡(jiǎn)單、方便，機(jī)器的操作更加人性化、合理化和程序化，工作人員的輻射劑量也明顯降低。18F-FDG在腦顯像和心肌存活顯像，尤其是在惡性腫瘤顯像中的成功應(yīng)用，使PET逐漸受到臨床的青睞。1997年，美國(guó)FDA批準(zhǔn)了18FFDG的臨床應(yīng)用。1998年，美國(guó)健康衛(wèi)生財(cái)政管理局（Health Care Financing Administration,HCFA）同意將多種18F-FDG PET適應(yīng)癥納入了醫(yī)保范圍，獲得了一張廣泛臨床應(yīng)用的“綠卡”。

PET最重要的優(yōu)勢(shì)在于正電子核素是人體固有組成元素的同位素。這種核素可標(biāo)記在生物活性中占主導(dǎo)地位的多種生物分子中，而不會(huì)改變標(biāo)記分子的生物特性和功能，因此比一般SPECT所用的示蹤劑更具生理性，其結(jié)果能更客觀準(zhǔn)確地顯示活體的生物信息。SPECT和PET同為核素示蹤的顯像技術(shù)，但其空間分辨率和敏感性明顯不及PET。由于掃描需要準(zhǔn)直器，SPECT只能檢測(cè)到身體發(fā)射的小部分?— 射線，影響了其探測(cè)的敏感性。另外，散射也降低了PET圖像的空間分辨率。

2.2 磁共振成像

MR成像的優(yōu)勢(shì)在于高組織分辨率，同時(shí)可獲得三維解剖結(jié)構(gòu)及生理信息，正是核素成像所不具備的。但是MR分子影像學(xué)也有其弱點(diǎn)，它的敏感性較低 ，只有微克分子水平，與核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的納克分子水平相比低了幾個(gè)數(shù)量級(jí)[4]。傳統(tǒng)的MR是以組織的多種物理、生理特性作為成像對(duì)比的依據(jù)，分子水平的MR成像是建立在上述傳統(tǒng)成像技術(shù)基礎(chǔ)上，以在MR圖像上可顯像的特殊分子作為成像標(biāo)記物，對(duì)這些分子在體內(nèi)進(jìn)行定位。

目前廣義的磁共振分子成像包括擴(kuò)散成像、灌注成像、狹義的磁共振功能成像和波譜成像四種，均能夠顯示活體狀態(tài)分子水平的微觀運(yùn)動(dòng)情況。

2.2.1 擴(kuò)散成像 反映的是水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的狀況，利用脈沖梯度磁場(chǎng)自旋回波技術(shù)，通過(guò)改變b值來(lái)改變水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的自由度，從而改變所得到的擴(kuò)散加權(quán)相圖像的信號(hào)強(qiáng)度，顯示組織擴(kuò)散程度的差異。目前，擴(kuò)散成像在早期腦梗死的診斷價(jià)值已得到公認(rèn)，在肝臟、腎臟的應(yīng)用價(jià)值也不同程度地得到認(rèn)識(shí)和研究。

2.2.2 灌注成像 使用對(duì)比劑團(tuán)注首過(guò)法的起始強(qiáng)化時(shí)間、強(qiáng)化梯度、最大信號(hào)強(qiáng)度及最大強(qiáng)化時(shí)間等定量、半定量參數(shù)，分析毛細(xì)血管水平的血流灌注情況，反映生理與病理情況下組織的血流動(dòng)力學(xué)改變，評(píng)估局部組織活力及功能。此多用于中樞神經(jīng)或腹部肝臟系統(tǒng)的功能評(píng)價(jià)。

2.2.3 狹義的磁共振功能成像 這是以血氧水平相關(guān)效應(yīng)為基礎(chǔ)的磁共振成像。它的原理是局部組織受到相應(yīng)刺激后，氧合血紅蛋白與去氧血紅蛋白相對(duì)含量發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致局部磁化率的相應(yīng)變化，利用對(duì)磁感應(yīng)敏感的成像序列，通過(guò)探測(cè)MR信號(hào)的變化來(lái)反映這種局部血氧變化的空間分布及動(dòng)態(tài)過(guò)程。此種MR功能成像已用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，對(duì)人類感覺(jué)、認(rèn)知等方面的探索。

2.2.4 磁共振波譜成像（MRS） 能用于觀察活體從原子到分子結(jié)構(gòu)。在組織細(xì)胞發(fā)生病變的過(guò)程中，在組織細(xì)胞本身及周圍均會(huì)出現(xiàn)一些組織細(xì)胞代謝變化，酶或受體活性的改變，可以通過(guò)MRS監(jiān)測(cè)活體組織細(xì)胞的這些變化，為疾病診斷和鑒別診斷提供依據(jù)。目前應(yīng)用于基因表達(dá)的定量研究、腫瘤血管生成情況的評(píng)價(jià)和腦功能的研究。

磁共振成像通常根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度的高低，劃分不同的檔次。3T磁共振以其超高信噪比和日益穩(wěn)定的運(yùn)行性能，逐漸成為高端臨床研究的主體手段，在分子影像學(xué)領(lǐng)域尤其受到青睞。

2.3 光學(xué)成像

光學(xué)成像是一種快速發(fā)展的生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。它可以利用生物自發(fā)光或熒光蛋白及熒光染料，在分子和細(xì)胞層面上對(duì)載體的特定生物過(guò)程進(jìn)行定性和定量研究。光學(xué)成像目前主要有彌散光學(xué)斷層成像、表面加權(quán)成像、共聚焦成像、近紅外線光學(xué)斷層成像、表面聚焦成像及雙光子成像等。這些成像技術(shù)已廣泛用于各種生物學(xué)研究，包括腫瘤學(xué)的研究中，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤生長(zhǎng)、分布的在體跟蹤，快速評(píng)價(jià)各種治療方法的療效。

光學(xué)成像是分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究最早、最常用的成像方法。由于光學(xué)成像設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，成像過(guò)程快，是臨床前期分子影像設(shè)備重要組成部分。同MR、PET成像等技術(shù)相比，光學(xué)成像具有無(wú)創(chuàng)傷、高敏感性、成像價(jià)格低和近紅外熒光穿透力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但光學(xué)成像技術(shù)穿透力有限，為數(shù)毫米到數(shù)厘米，目前僅用于小動(dòng)物模型的研究。

2.4 超聲成像

超聲成像也是分子影像學(xué)方面的研究熱點(diǎn)。在分子成像中，通過(guò)單克隆抗體、多肽分子等靶向微泡對(duì)比劑，用于心血管、腫瘤等的靶向診斷，血栓、粥樣硬化斑塊等的治療，以及藥物、基因的輸送。靶向性造影劑是一種特殊類型的超聲造影劑，是超聲分子影像學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志。微泡和聲學(xué)活性物質(zhì)，可作為超聲成像靶向?qū)Ρ葎y帶靶向配基，與活體細(xì)胞結(jié)合，用于分子成像或加入治療。超聲成像可發(fā)現(xiàn)早期疾病在細(xì)胞和分子水平的變化，有利于人們更早、更準(zhǔn)確地診斷疾病，有助患者早期進(jìn)行基因治療或藥物治療等，以期從根本上治愈疾病。

3 復(fù)合顯像模式

為了既能夠早期發(fā)現(xiàn)疾病，又能夠準(zhǔn)確為臨床提供定位、定量、定性和分期的資料，臨床上逐漸出現(xiàn)了雙模式或多模式的復(fù)合分子成像技術(shù)。

3.1 PET/CT和SPECT/CT

最具有代表性的復(fù)合模式，是將具有高分辨率的X射線多排螺旋CT和反映人體細(xì)胞、分子代謝功能的單光子或正電子發(fā)射型電腦斷層儀有機(jī)結(jié)合在一起的設(shè)備，即SPECT/CT或PET/CT。這種聯(lián)合型顯像設(shè)備不但為SPECT和PET提供高分辨率的解剖結(jié)構(gòu)圖像，更主要的是提供了臟器功能和血流灌注的圖像，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度和圖像分辨率[5]。SPECT/CT和PET/CT并不是簡(jiǎn)單的將CT和SPECT或PET簡(jiǎn)單組合，而是完全不同的全新的設(shè)備。

PET/CT全稱正電子發(fā)射斷層顯像/X線計(jì)算機(jī)體層成像，是一種無(wú)創(chuàng)的分子顯像技術(shù)，可在分子水平上顯示全身器官和病灶的代謝特點(diǎn)。同時(shí)應(yīng)用多層螺旋CT進(jìn)行精確定位和輔助診斷，通過(guò)圖像融合，同步取得人體解剖結(jié)構(gòu)和代謝功能信息，進(jìn)一步提高了影像診斷的準(zhǔn)確性。國(guó)內(nèi)自2002年引進(jìn)第一臺(tái)PET/CT分子影像設(shè)備以來(lái)，此設(shè)備擁有的數(shù)量迅速增長(zhǎng)，到目前已經(jīng)有近300臺(tái)裝機(jī)。

實(shí)際上PET-CT中的CT不僅起到衰減校正的作用，而且彌補(bǔ)了PET的解剖結(jié)構(gòu)顯示不清、特異性不高和空間分辨率低的不足，實(shí)現(xiàn)了對(duì)核醫(yī)學(xué)影像的從“不清晰”到“清晰”的變化，提高了診斷醫(yī)生對(duì)影像信息內(nèi)涵的理解和信心。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步應(yīng)用診斷性CT，能更加精確定位和定性，減少PET 假陽(yáng)性的誤診和假陰性的漏診，提高了診斷的準(zhǔn)確性

由常識(shí)可知，SPECT的平片表現(xiàn)不出投影線上各點(diǎn)的前后關(guān)系。要想知道人體在縱深方向上的結(jié)構(gòu)，就需要從不同角度進(jìn)行觀測(cè)?？梢宰C明，知道了某個(gè)斷層在所有觀測(cè)角的一維投影，就能計(jì)算出該斷層的圖像。這種斷層成像術(shù)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)，所以出現(xiàn)了SPECT/CT。該設(shè)備中CT的主要功能是獲取投影數(shù)據(jù)和重建斷層圖像。

3.1.1 復(fù)合顯像德?tīng)枒?yīng)用研究

PET/CT和SPECT/CT的發(fā)展，以及放射性藥物的創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)，使核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)取得突破性進(jìn)展，目前主要的研究方向包括：

(1) 代謝顯像 目前研究較多的是己糖激酶和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子表達(dá)顯像、膽堿激酶顯像、細(xì)胞增殖和內(nèi)源性胸腺嘧啶激酶顯像等。其中2﹣18F﹣2﹣脫氧﹣D﹣葡萄糖(FDG)顯像是目前臨床應(yīng)用最廣的PET /CT顯像。FDG在結(jié)構(gòu)上類似葡萄糖，如果細(xì)胞中的葡萄糖攝取增加，那么FDG 的攝取亦隨之增加。FDG PET/CT目前已廣泛用于臨床腫瘤診斷。18F﹣3'﹣脫氧﹣3'﹣氟代胸腺嘧啶(FLT)是反映細(xì)胞增殖最常用的正電子顯像劑，用于腫瘤、慢性炎癥的鑒別診斷。11C﹣膽堿、18F﹣乙基膽堿和18F﹣甲基膽堿可用于肺部、頭頸部、結(jié)腸、膀胱和前列腺癌的診斷。

(2) 基因表達(dá)分子顯像 主要包括反義PET顯像和報(bào)告基因顯像。反義PET 顯像是利用正電子核素標(biāo)記某一特定序列的反義寡脫氧核苷酸作為PET顯像劑，經(jīng)體內(nèi)核酸雜交與相應(yīng)的靶mRNA 結(jié)合，通過(guò)PET顯像，顯示基因異常表達(dá)組織，反映目標(biāo)DNA 轉(zhuǎn)錄情況。反義顯像是一種內(nèi)源性基因表達(dá)顯像。報(bào)告基因PET顯像主要有酶報(bào)告基因PET 顯像和受體(或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)報(bào)告基因PET 顯像兩種方法。

(3) 受體顯像 研究較多的受體系統(tǒng)有多巴胺能神經(jīng)系統(tǒng)、5-羥色胺能神經(jīng)系統(tǒng)、乙酰膽堿能受體、腎上腺素能受體等，其中研究最多的是多巴胺能神經(jīng)系統(tǒng)。受體顯像主要用于神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病(如帕金森氏病、阿爾茨海默病等)的鑒別診斷及治療監(jiān)控。PET/CT顯像發(fā)展非常迅速，已成為分子影像學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志[6]。

3.1.2 復(fù)合顯像的優(yōu)勢(shì)

PET/CT和SPECT/CT的優(yōu)勢(shì)主要在以下幾個(gè)方面：

(1) 早期診斷疾病 疾病的發(fā)展過(guò)程是首先出現(xiàn)代謝功能的改變，然后形成病灶，導(dǎo)致解剖結(jié)構(gòu)異常，最后病人出現(xiàn)臨床癥狀。PET/CT能從分子水平上反映人體存在的生理或病理變化，非常靈敏的探測(cè)到疾病早期的代謝異常，所以能早期作出診斷。

(2) 結(jié)果更準(zhǔn)確 PET/CT一次檢查就可以同時(shí)獲得PET、CT以及PET/CT的融合圖像。其中PET圖像能提供有價(jià)值的功能和代謝方面的信息， CT圖像能提供精細(xì)的解剖信息，醫(yī)生可以同時(shí)從形態(tài)和功能兩個(gè)方面進(jìn)行診斷和鑒別診斷，這是以往的CT、MRI和單一的PET所不能比的，因此診斷結(jié)果更準(zhǔn)確。

(3) 全身快速檢查 大約20 min的檢查過(guò)程，就可以了解全身各個(gè)器官的解剖和代謝情況。

(4) 安全無(wú)痛苦 PET/CT檢查所用的核素主要是C、N、O、F等，他們大多為人體必需元素，在體內(nèi)的代謝過(guò)程完全符合人體的生理狀態(tài)，排泄快，安全無(wú)危害。

由于技術(shù)本身的成熟性和在臨床上應(yīng)用的時(shí)間足夠長(zhǎng)，各廠家的PET/CT或SPECT/CT均具備了比較完備的技術(shù)，之間差別并不明顯[7]。

3.2 MR-PET

隨著PET/CT在臨床應(yīng)用中的不斷廣泛和深入，設(shè)備本身的特點(diǎn)也越來(lái)越多地為專業(yè)人員所了解。CT本身存在大劑量的X線輻射，對(duì)軟組織的分辨能力較差，在功能成像方面更是幾乎一無(wú)所長(zhǎng)。業(yè)內(nèi)有識(shí)之士開(kāi)始嘗試研發(fā)更為先進(jìn)的分子影像學(xué)設(shè)備，以進(jìn)一步滿足臨床工作各方面的需求，MR-PET應(yīng)運(yùn)而生。

MR成像利用人體自身組織特性，不存在任何輻射損傷，具有極佳的軟組織對(duì)比度，在反映解剖學(xué)和生理學(xué)信息方面具有其他影像學(xué)設(shè)備無(wú)可比擬的優(yōu)越性，其波譜技術(shù)更是分子成像的重要組成部分。從這一角度而言，MR和PET彼此互補(bǔ)、相輔相成，能夠全面了解人體結(jié)構(gòu)、功能和代謝等的全方位信息，對(duì)于改進(jìn)疾病的診斷和治療具有重要價(jià)值。

最早將這一理念付諸實(shí)施的是Siemens公司，在2006年推出了BrainPET 設(shè)備，將PET內(nèi)核集成于MR磁體內(nèi)，二者融為一體，能夠?qū)θX的MR和PET信息進(jìn)行同步采集。此設(shè)備先后在全球多個(gè)神經(jīng)功能研究中心安裝使用，為以后全身MR-PET的研發(fā)工作提供了重要的參考經(jīng)驗(yàn)。

3.2.1 MR-PET組合全身顯像技術(shù)的難點(diǎn)

盡管具有令人極為振奮的應(yīng)用前景，但由于存在一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)，全身MR-PET的開(kāi)發(fā)與PET-CT相比要緩慢得多。設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 設(shè)備的整合空間 MR-PET要求將PET內(nèi)核整合入MR的磁體孔徑內(nèi)，然而常規(guī)MR設(shè)備均采用60 cm孔徑，根本無(wú)法提供足夠空間來(lái)容納PET相對(duì)而言巨大的探測(cè)器。如果強(qiáng)行整合，則會(huì)導(dǎo)致掃描孔徑過(guò)小，人體不能通過(guò)。如何進(jìn)一步擴(kuò)充MR的磁體空間，或者明顯減小PET探測(cè)器的尺寸，成為首先需要解決的問(wèn)題。

(2) 磁場(chǎng)對(duì)PET的不良影響 傳統(tǒng)PET的探測(cè)器多采用光電倍增管(PMT)，即使很微弱的磁場(chǎng)也足以改變PMT的增益，使電子偏離原先的運(yùn)動(dòng)軌跡，導(dǎo)致PMT探測(cè)電子的損失。因此，常規(guī)的PMT在磁場(chǎng)中不能正常工作，必須開(kāi)發(fā)一種新的PET探測(cè)模塊，能不受磁場(chǎng)和射頻場(chǎng)的影響，同時(shí)還不會(huì)影響到磁共振信息的采集。

(3) 掃描范圍的限制 PET有一個(gè)很重要的優(yōu)勢(shì)，那就是全身快速顯像。而常規(guī)的MR由于線圈及掃描野的限制，一次定位只能掃描一個(gè)部位；如需全身檢查，則需對(duì)多個(gè)部位重新擺位和放置線圈，浪費(fèi)時(shí)間暫且不提，更會(huì)導(dǎo)致掃描層面的錯(cuò)位。如何設(shè)計(jì)出全新的線圈和定位系統(tǒng)，完成快速、準(zhǔn)確、高效的全身信息采集，成為MR方面遇到的最大挑戰(zhàn)。

(4) 衰減校正技術(shù) PET通常采用68 Ge 柱狀穿透源衰減校正技術(shù)，PET/CT則以CT穿透人體的射線吸收率作為衰減校正的計(jì)算工具。如何在沒(méi)有穿透源和X線的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的PET信號(hào)衰減校正，以及如何最大程度的減少設(shè)備本身材料對(duì)于PET信號(hào)的吸收，也是亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

由于以上所提到的眾多困難，實(shí)現(xiàn)MR-PET設(shè)備全身顯像幾乎為不可能。正因?yàn)槿绱?，在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，有的廠家給出了“妥協(xié)”的解決方案，實(shí)際上只是MR和PET兩次完全不相關(guān)的掃描。

GE公司 采用MR和PET的獨(dú)立式設(shè)計(jì)，將二者安裝在完全不同的兩個(gè)房間，之間通過(guò)一張移動(dòng)床進(jìn)行患者轉(zhuǎn)運(yùn)，分別進(jìn)行MR和PET的掃描。該方案2006年出現(xiàn)，沒(méi)有獨(dú)立的產(chǎn)品名稱，不存在任何技術(shù)創(chuàng)新，只是簡(jiǎn)單的產(chǎn)品組合，無(wú)法為臨床和科研提供新的支持。

Philips公司 采用MR和PET的分離式設(shè)計(jì)，將二者安裝在同一個(gè)房間，彼此相隔約3 m的距離，共用一張可180o旋轉(zhuǎn)的檢查床，分別進(jìn)行MR和PET掃描。該方案同樣不是新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且由于存在磁場(chǎng)屏蔽等問(wèn)題，還可能影響到PET信號(hào)的正常采集。該產(chǎn)品2006年面世，命名為Gemini雙子星，實(shí)際上只是PET和3T MR的簡(jiǎn)單組合。

3.2.2 MR-PET組合全身顯像技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)

在2010年11月底，在芝加哥舉行的第96屆北美放射學(xué)年會(huì)（RSNA）的會(huì)展上，Siemens推出了全球首款全身型MR-PET設(shè)備 —— Biograph mMR成像系統(tǒng)。該設(shè)備以3T MR 和PET作為主體整合成一體化架構(gòu)，以同一個(gè)設(shè)備、在同一個(gè)房間、用同一張檢查床、同時(shí)進(jìn)行MR和PET的掃描，成功實(shí)現(xiàn)了全身MR和PET數(shù)據(jù)的同步采集。由于不存在任何定位偏差，且具備MR優(yōu)秀的導(dǎo)航技術(shù)，Biograph mMR可以提供完全準(zhǔn)確的解剖、生理和新陳代謝信息，其涵蓋的技術(shù)創(chuàng)新主要包括：

(1) 70 cm超大孔徑磁體 整合空間較60 cm孔徑增加了30%，為PET內(nèi)核的嵌入提供了保證。結(jié)合TrueForm 技術(shù)，同時(shí)保證獲得均勻的射頻場(chǎng)和圓柱形成像空間。由于具備超過(guò)5年的70 cm孔徑產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備穩(wěn)定性和臨床表現(xiàn)比較有保證。

(2) 緊湊型PET探測(cè)器 研發(fā)全新的光子探測(cè)器——雪崩式二極管(APD，Avalanche Photo Diodes)，將傳統(tǒng)使用PMT時(shí)的體積減小了97%，完全可以植入MR磁體內(nèi)。APD對(duì)磁場(chǎng)不敏感，經(jīng)高達(dá)9.4T磁場(chǎng)的測(cè)試未出現(xiàn)任何性能降低，為PET-MR的組合成功提供了可能。

(3) Tim全景矩陣成像 采用Tim(total imaging matrix)矩陣線圈，實(shí)現(xiàn)多線圈的自由組合和并行采集數(shù)據(jù)。通過(guò)并行接收通道來(lái)完成自動(dòng)病床移動(dòng)、自動(dòng)線圈開(kāi)關(guān)控制和實(shí)時(shí)在線處理等工作，無(wú)需患者或線圈重新擺位，一次定位完成全身精確的成像。

(4) 基于MR的衰減校正 基于MR分段及節(jié)斷矯正方法，建立全新的衰減校正標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，所得圖源于MR數(shù)據(jù)。可在常規(guī)掃描的同時(shí)進(jìn)行采集，用戶可自定義圖。為了獲得足夠充分的PET信號(hào)，相關(guān)組件(例如線圈和掃描床)被再次設(shè)計(jì)，全部使用低衰減材料。

3.2.3 全身MR-PET設(shè)備的先進(jìn)性

由于同時(shí)具備了MR和PET的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與常規(guī)的PET/CT相比，真正同步采集的全身MR-PET的先進(jìn)性非常明顯：

(1) 減少輻射劑量 與CT相比，MR不會(huì)產(chǎn)生額外的輻射劑量，對(duì)于兒童掃描、治療隨訪、體檢等任務(wù)來(lái)說(shuō)，MR-PET大大減少了PET-CT對(duì)于受檢者的輻射損傷，更加體現(xiàn)了以人為本的理念。

(2) 真正同時(shí)掃描 Biograph mMR以同一參照系為標(biāo)準(zhǔn)，不存在二次掃描所帶來(lái)的定位偏差，提高了顯像的分辨率，變化都能清晰地顯示出來(lái)，對(duì)早期病變的診斷價(jià)值巨大。另外，人體始終處于變化的常態(tài)，Biograph mMR 的同時(shí)采集有助于對(duì)疾病的精確診斷。

(3) 凍結(jié)運(yùn)動(dòng)偽影 由于MR和PET的數(shù)據(jù)是同時(shí)采集，MR呼吸門控的信息可同時(shí)用于PET，因此呼吸導(dǎo)致的組織運(yùn)動(dòng)就可以被完全凍結(jié)。對(duì)于肺部、心臟和腹部成像來(lái)說(shuō)，MR-PET的優(yōu)勢(shì)比較明顯。當(dāng)然，呼吸門控也可在PET/CT上通過(guò)使用呼吸帶來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是效果會(huì)大打折扣。

(4) 軟組織對(duì)比度 MR有比CT更好的軟組織對(duì)比度，利于顯示軟組織腫瘤或肺癌的腦轉(zhuǎn)移，同時(shí)也可以清晰地反映出腫瘤內(nèi)部的出血、壞死等具體細(xì)節(jié)，有助于治療方案的制定。對(duì)于其他病變，例如肺部病變，MR還可以分辨正常肺組織和纖維化的肺組織，而后者常常是放療的副作用。

(5) 診斷的準(zhǔn)確度 由于存在基于MR的衰減校正數(shù)據(jù)和優(yōu)秀的空間吻合度，因此不會(huì)產(chǎn)生類似于PET/CT上圖譜失真所導(dǎo)致的假陽(yáng)性和假陰性。

MR和PET同是臨床醫(yī)學(xué)成像的重要設(shè)備，二者的同步采集為疾病的早期診斷和準(zhǔn)確治療打開(kāi)了一扇嶄新的大門?？梢悦鞔_地講，全身MR-PET的出現(xiàn)是分子影像與臨床解剖最令人鼓舞的完美融合，體現(xiàn)了當(dāng)今最為先進(jìn)的影像產(chǎn)品技術(shù)水平，對(duì)整個(gè)醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展具有劃時(shí)代的意義。

4 總結(jié)

分子影像學(xué)的發(fā)展使醫(yī)學(xué)影像不同學(xué)科的聯(lián)合成為可能，真正實(shí)現(xiàn)了“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”，并已經(jīng)顯示出巨大的研究潛力。全身MR-PET的出現(xiàn)，使醫(yī)學(xué)影像學(xué)科體系更加完備、科學(xué)和合理，有助于進(jìn)一步促使影像學(xué)科和影像技術(shù)形成良性互動(dòng)、相得益彰。對(duì)于復(fù)合型影像人才的培養(yǎng)，學(xué)科科研實(shí)力和學(xué)術(shù)水平的提高，起到有力的推動(dòng)作用， 是醫(yī)學(xué)影像學(xué)未來(lái)的發(fā)展方向。

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