PET/CT設(shè)備的研究進(jìn)展

楊星，賈峰濤，任慶余

中國人民解放軍白求恩國際和平醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科/PET中心，河北 石家莊 050082

PET/CT設(shè)備的研究進(jìn)展

楊星，賈峰濤，任慶余

中國人民解放軍白求恩國際和平醫(yī)院 核醫(yī)學(xué)科/PET中心，河北 石家莊 050082

本文介紹了PET/CT設(shè)備的工作原理、發(fā)展現(xiàn)狀及其在腫瘤疾病、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并指出了PET/CT設(shè)備的發(fā)展方向。

PET/CT；分子顯像；圖像融合；探測器

正電子發(fā)射型計算機斷層掃描（Positron Emission Tomography，PET）利用正電子標(biāo)記的葡萄糖等人體代謝所必需的物質(zhì)為示蹤劑，以解剖圖像方式從分子水平顯示機體及病灶組織細(xì)胞的代謝情況，為臨床提供更多的診斷信息，因此，又稱之為分子顯像或生物化學(xué)顯像。其顯像原理是利用回旋加速器產(chǎn)生加速帶電粒子，轟擊靶物質(zhì)，通過核反應(yīng)產(chǎn)生正電子放射性核素（如11C、13N、15O、18F等），并合成相應(yīng)的示蹤劑。這些示蹤劑進(jìn)入人體后，放射性核素在衰變過程中發(fā)射正電子，在組織中運行很短距離后發(fā)生湮沒輻射，發(fā)射出方向相反、能量相等（511 keV）的2個光子。PET儀采用一系列成對的互成180°排列并與符合線路相連的探測器來探測湮沒輻射光子，從而獲得斷層圖像，顯示病變的位置、形態(tài)、大小和代謝功能，對疾病進(jìn)行診斷。PET儀的應(yīng)用使核醫(yī)學(xué)邁入了分子醫(yī)學(xué)時代。

1 PET/CT設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 概述

20世紀(jì)70年代，PET儀被研制成功并逐漸投入到臨床，最終得到廣泛地應(yīng)用，這使得影像診斷設(shè)備有了革命性的進(jìn)展。作為當(dāng)時最先進(jìn)的分子影像設(shè)備，PET儀實現(xiàn)了活體分子功能代謝顯像，為腫瘤等疾病的早期診斷提供了非常有效的手段。但傳統(tǒng)PET儀本身分辨率較低，不能提供足夠清晰的解剖結(jié)構(gòu)圖像，因此在臨床應(yīng)用中受到了一定的限制。而CT設(shè)備的分辨率較高，能提供清晰的解剖圖像，于是廠家在工作站內(nèi)安裝了能夠與CT掃描圖像進(jìn)行異機圖像融合的軟件，成功地解決了上述問題。隨著臨床需求的不斷增加和技術(shù)的快速發(fā)展，1998年P(guān)ET/ CT設(shè)備問世，他們通過串聯(lián)的方式將PET儀和CT設(shè)備安裝在同一機架內(nèi)，可1次完成受檢者的PET和CT檢查，并分別在各自的計算機系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和圖像重建，實現(xiàn)同機圖像融合[1]。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

PET/CT設(shè)備最初出現(xiàn)于1998年，2000年第1臺PET/CT設(shè)備在美國開始應(yīng)用于臨床，到現(xiàn)在PET/CT設(shè)備已經(jīng)發(fā)展到64排（128層），掃描速度更快，一般10 min就可以掃描完受檢者。其CT球管采用了直接冷卻技術(shù)，因此機架的旋轉(zhuǎn)速度可以達(dá)到0.33 周/ s，使得PET/CT設(shè)備在心臟檢查方面的優(yōu)勢更加明顯[2]。

目前PET/CT設(shè)備主要由德國西門子、荷蘭飛利浦和美國通用等公司生產(chǎn)。在國內(nèi)，大基醫(yī)療、上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司等也研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的PET/CT設(shè)備，并已經(jīng)取得相關(guān)資質(zhì)，將于近期將其產(chǎn)品推向市場。

西門子公司生產(chǎn)的PET/CT設(shè)備主要型號為Biograph系列。其PET探頭采用整環(huán)探頭,探測器晶體主要采用硅酸镥（LSO）晶體；CT設(shè)備和PET儀位于同一機架上，PET掃描孔徑從原來的60 cm增大到現(xiàn)在的78 cm,有利于放療定位檢查床進(jìn)入；PET圖像矩陣也由原來的128×128發(fā)展到了512×512，與CT圖像矩陣保持一致，更好地實現(xiàn)了PET與CT的圖像融合精度。另外，PET采集環(huán)數(shù)達(dá)到了最高的52環(huán)，使得其軸向視野擴展至21.6 cm，極大地提升了掃描速度，提高了圖像質(zhì)量，降低了受檢者的輻射劑量。其CT部分采用水冷系統(tǒng)，故采用的是0 M熱容量球管。

GE公司生產(chǎn)的PET/CT設(shè)備主要型號為Discovery系列。PET探頭采用的也是整環(huán)探頭,探測器晶體最早主要采用鍺酸鉍（BGO）晶體，現(xiàn)在則采用的是基于镥元素的LBS復(fù)合晶體。GE公司產(chǎn)品的探測器最小探測單元是Block，由晶體和光電倍增管組成，Block設(shè)計在飛行時間技術(shù)（TOF）應(yīng)用中發(fā)揮著巨大的作用，其探測器最多達(dá)到了256個探測單元。

Philips公司的PET/CT設(shè)備稱為Gemini,選用基于GSO晶體的Allegro型PET儀，配以多排CT組成?，F(xiàn)在Philips公司采用了硅酸镥釔（LYSO）晶體，更適合TOF技術(shù)的應(yīng)用[3]。其PET儀與CT設(shè)備分體設(shè)計，二者不在同一機架內(nèi)。這種開放式設(shè)計有效地減少了受檢者的幽閉恐懼感,并有利于操作者在檢查過程中接近病人，以便進(jìn)行其他操作,如CT指導(dǎo)下活檢等。其PET探測部分的設(shè)計不同于其他廠家,采用專有的Pixelar技術(shù),即晶體后面通過連續(xù)的光導(dǎo)材料與緊密排列的六邊形光電倍增管相連,對于每個事件有7個光電倍增管來確定其位置和能量,從而更有效地利用了光電倍增管。采集過程中，重疊床位比較多，采集時間雖然較長,但能更有效地采集信息,提高圖像質(zhì)量。

2 PET/CT設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀

PET/CT設(shè)備目前在臨床上主要應(yīng)用于腫瘤疾病、心血管疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病等的治療，其在這些方面的應(yīng)用價值已經(jīng)得到了充分地肯定。

2.1 PET/CT設(shè)備在腫瘤疾病中的應(yīng)用

由于大多數(shù)腫瘤都具有高代謝的特征，因此臨床上惡性腫瘤在PET/CT上的表現(xiàn)多為局部氟代脫氧葡萄糖（18F-Fluorodeoxyglucose，18F-FDG）攝取增高[4]，標(biāo)準(zhǔn)攝取值（Standard Uptake Value, SUV）增高[5]。根據(jù)這個特點就可以早期發(fā)現(xiàn)和確定良惡性腫瘤。

臨床上主要依據(jù)腫瘤分期、是否原發(fā)及腫瘤擴散程度等對腫瘤進(jìn)行治療。PET/CT設(shè)備通過1次檢查就可以獲得患者的全身三維顯像，這樣就可以對全身各個臟器的腫瘤原發(fā)灶及腫瘤轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行分析，從而對腫瘤的臨床分期進(jìn)行判斷[6]。同時還可以對腫瘤經(jīng)過放化療以后的情況如放射性壞死、腫瘤殘存組織復(fù)發(fā)等進(jìn)行分析判斷[7-9]。

PET/CT設(shè)備還在腫瘤手術(shù)的放療定位方面有著極其重要的作用。在腫瘤外科手術(shù)中，PET/CT可以提供明確的腫瘤解剖定位及轉(zhuǎn)移等信息，對手術(shù)治療提供了極大的幫助。腫瘤放療計劃的制定主要依賴于CT提供的解剖圖像信息，但CT不能準(zhǔn)確判斷腫瘤周圍的炎性病灶，對于腫瘤復(fù)發(fā)與放療反應(yīng)也不能準(zhǔn)確識別[10-11]。而PET/CT功能顯像可以從代謝顯像方面排除這些情況，避免正常組織受到不必要的照射，同時在最大程度上保證腫瘤復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移灶得到及時準(zhǔn)確的治療。

2.2 PET/CT設(shè)備在心血管疾病中的應(yīng)用

PET/CT設(shè)備利用13N-NH3·H2O顯像劑，可以反映心肌血流灌注情況，實現(xiàn)冠心病的早期診斷；利用18F-FDG可以直接反映心肌的脂肪酸葡萄糖代謝情況，判斷心肌是否存活[12]。這2種方法在診斷心肌存活方面的靈敏度高達(dá)98%，特異度為100%，已經(jīng)成為判斷心肌是否存活的“金標(biāo)準(zhǔn)”[13-14]。

2.3 PET/CT設(shè)備在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的應(yīng)用

PET/CT設(shè)備利用18F-DOPA顯像劑，在帕金森氏病早期可以觀察到患者基底神經(jīng)節(jié)的攝取明顯降低，從而對帕金森氏病進(jìn)行早期診斷與治療[15]。其利用18F-FDG在癲癇灶的定位方面也有著較高的特異性：癲癇病灶在發(fā)作的時候，能量消耗大大增加，18F-FDG攝取明顯增高，與正常腦組織有著顯著差別，因此，PET/CT設(shè)備在癲癇灶的診斷方面有著重大意義。另外，PET/CT設(shè)備在吸毒成癮評估及戒毒治療等方面也有著較為廣泛的應(yīng)用。

2.4 PET/CT設(shè)備在其他方面的應(yīng)用

隨著人民生活水平的不斷提高，健康以及亞健康的人群越來越多地選擇應(yīng)用PET/CT設(shè)備進(jìn)行體檢。PET/CT設(shè)備無創(chuàng)且能盡可能多地提供人體健康信息，在醫(yī)學(xué)查體方面也有著廣泛的應(yīng)用。

3 討論

PET/CT設(shè)備根據(jù)自身的特性，不僅能夠提供核醫(yī)學(xué)的功能圖像，還能夠提供清晰的解剖圖像，為臨床診斷提供了既能定量又能定性的準(zhǔn)確診斷信息[16]。經(jīng)過多年的發(fā)展，PET/CT設(shè)備在很多方面已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，如能提高圖像清晰度的高清技術(shù)（High Distinction，HD），其在LSO快速晶體以及超高速電子線路的基礎(chǔ)上應(yīng)用了點擴散函數(shù)（Point Spread Function，PSF）。HD技術(shù)整合了數(shù)百萬個精確測量的點擴散函數(shù)并將響應(yīng)線與他們的真實幾何位置準(zhǔn)確對位，使得在整個視野內(nèi)部都可以提供更清晰的圖像，同時也可以提供微小病灶的清晰影像。又如飛行時間技術(shù)（Time of Flight，TOF），可通過測定正電子湮滅時發(fā)出的1對光子到達(dá)探測器時間的不同而直接計算出湮滅發(fā)生的具體位置。TOF技術(shù)能夠顯著提高圖像對比度，從而改善大體重患者PET圖像的質(zhì)量，還可以顯著減少采集計數(shù)的丟失，提高系統(tǒng)靈敏度，減少患者的注射藥量，從而降低受檢者的輻射劑量。

4 展望

PET/CT設(shè)備表面上看上去是機架一體，但實際上PET儀和CT設(shè)備是各自獨立的，并沒有使用共同的探測器、共同的旋轉(zhuǎn)平臺以及共同的計算機系統(tǒng)等。半導(dǎo)體探測器具有高固有靈敏度、分辨率，可以同時實現(xiàn)X射線和γ射線共同成像，代表著PET/CT設(shè)備的發(fā)展方向。隨著CdTe（碲化鎘）探測器等多種半導(dǎo)體探測器的研究、開發(fā)和應(yīng)用，我們可以直接利用這種技術(shù)研制新型探測器，實現(xiàn)X射線與γ射線的同時采集，從而使PET儀與CT設(shè)備能夠同時進(jìn)行圖像采集和圖像處理，實現(xiàn)真正意義上的同步，徹底解決因采集時差和位差帶來的圖像偽影等問題。

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Research Progress of PET/CT

YANG Xing, JIA Feng-tao, REN Qing-yu
PET Center, Department of Nuclear Medicine, Bethune International Peace Hospital of PLA, Shijiazhuang Hebei 050082, China

This paper introduces the working principle and development situation of PET/CT equipment with its applications in tumor diseases, cardiovascular diseases, neurological diseases and so on. The development direction of PET/CT equipment is also discussed in this paper.

PET/CT; molecular imaging; image fusion; detector

TH774；R814.42

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.03.024

1674-1633(2014)03-0074-03

2013-03-29

2013-12-23

作者郵箱：jazz_jiaft@sina.com