核素發(fā)射式計算機斷層顯像在臨床中的應用及發(fā)展

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·綜述·

核素發(fā)射式計算機斷層顯像在臨床中的應用及發(fā)展

穆東，魏小剛(綜述)，張元莉，朱磊(審校)(河北省石家莊市第一醫(yī)院心血管二科，河北 石家莊 050011)

[關鍵詞]體層攝影術,發(fā)射型計算機；圖像處理；綜述文獻

doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2016.03.035

功能影像及解剖影像的融合是影像醫(yī)學的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)就核素發(fā)射式計算機斷層在臨床中的應用及發(fā)展進行綜述，旨在為臨床診斷、制定治療計劃、評價療效及隨訪提供更有價值的醫(yī)學信息。

1概述

醫(yī)學圖像所提供的信息可分為解剖結構圖像和功能圖像[1]，在醫(yī)學影像技術發(fā)展中，每種影像技術都有其優(yōu)點和缺點,但它們共同的發(fā)展要求是：將解剖圖像和功能圖像相結合，然后才能為臨床診斷、制定治療計劃、評價療效及隨訪提供更有意義的醫(yī)學信息。單光子發(fā)射計算機斷層掃描技術(emission computed tomography,ECT)是醫(yī)學影像技術中的重要組成部分。最初，核醫(yī)學領域廣泛使用的成像儀器是伽馬照相機,1950年建立了晶體井型計數(shù)儀，20世紀90年代 ECT與X射線透射型計算機斷層技術(transmission computed tomography，TCT)同時問世。醫(yī)用核素儀器是一類通過檢測引入人體內的放射性核素及其標記化合物，即放射性藥物在不同臟器和(或)病變組織的攝取和清除程度，顯示臟器和病變組織的形態(tài)、血供、功能、代謝、免疫特性、遞質濃度和受體密度的放射性顯像儀器和檢測體外待測物質含量的非放射性顯像儀器[2]。ECT的迅猛發(fā)展成為核醫(yī)學現(xiàn)代化的重要標志之一。目前最具有代表性的是正電子發(fā)射斷層成像技術(positron emission tomography,PET)和單光子發(fā)射計算機斷層成像技術(single photon emission computed tomography，SPECT)。

2多功能ECT系統(tǒng)的臨床應用價值

ECT的最大優(yōu)勢在于它能將功能圖像和解剖圖像完美地結合在一起，目前，它在臨床上主要應用于以下幾方面。

2.1腫瘤ECT已經(jīng)在腫瘤的診斷、定位等方面得到了廣泛應用。理論上ECT使用的示蹤劑可以在惡性腫瘤或其轉移灶所在部位異常濃聚，因此惡性腫瘤多表現(xiàn)為局部示蹤劑攝取增高，根據(jù)各種放射性示蹤劑之間的半衰期、藥代動力學以及生物學分布的內在差異，通過時間放射性活度-曲線計算 并提取各種示蹤劑的信號[3]，利用這點可以在腫瘤輔助檢查、診斷、定位等方面得到豐富的信息，從而作出較為準確的診斷和精確的定位。但臨床實際操作中可見示蹤劑同時被人體的某些正常組織和器官攝取，造成部分良性腫瘤、炎癥也表現(xiàn)為局部攝取增高，給診斷帶來了很大的困難。此時借助ECT中CT圖像融合技術，可以精確地對病灶解剖學定位，分辨示蹤劑的正常分布、生理變異或異常濃聚，從而最大程度地實現(xiàn)對病灶的診斷與鑒別診斷，且可以依據(jù)腫瘤轉移灶的位置、數(shù)量作出較準確的分期診斷，制定正確的治療方案。其中18F-脫氧葡萄糖(18F-fluorodexoxy glucose,18-FDG)PET/CT已經(jīng)被應用于淋巴瘤的分期、療效評估和預后判定達10年之久[4]，指導臨床確定精細的手術范圍，或確定放療的范圍和劑量。

另外，ECT對腫瘤區(qū)域定位后可以同時觀察淋巴結對放射性顯像劑的攝取程度，判斷淋巴結是否發(fā)生轉移[5]。ECT融合圖像對于判斷腫瘤是否復發(fā)，也優(yōu)于任何一種單獨的檢查，同時可用來監(jiān)測腫瘤的治療效果。ECT融合技術也用來計算腫瘤放療后的內照射輻射劑量，從而判斷輻射劑量是否合適。Feigen等[5]分析指出的精確治愈劑量而使周圍組織和器官接受的劑量最小，ECT能從代謝、血流、組織增生、缺氧、腫瘤特異性受體、血管生成、凋亡等多方面實現(xiàn)腫瘤靶區(qū)的定位，有助于避免正常組織和鄰近重要器官受到多余的照射，可以更加有針對性地指導放療計劃的實施。

2.2心臟疾病冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(簡稱冠心病)可以引起心肌缺血性改變和不同程度的功能損傷，有很高的發(fā)病率、住院率和病死率，嚴重威脅著現(xiàn)代人的健康。冠狀動脈造影檢查是目前臨床上公認的診斷冠心病較為可靠的方式，其已被譽為診斷冠心病的“金標準”[6]，但它存在技術、設備條件、有創(chuàng)檢查風險等諸多因素的制約。99Tcm-MIBI心肌血流灌注顯像是目前臨床上已廣泛應用的較為理想的診斷冠心病無創(chuàng)性方法[7]。當放射性藥物進入冠狀動脈后，能被正常的心肌細胞選擇性攝取，攝取的量與冠狀動脈血流量成正比。當出現(xiàn)冠狀動脈狹窄或阻塞時，冠狀動脈血流量減少,心肌細胞也會出現(xiàn)損傷，這時心肌攝取放射性藥物的功能會減退，甚至不能攝取，因此 ECT可以同時顯示心肌的代謝情況和血流情況，用來確定心肌是否缺血及缺血部位及范圍，檢測心肌是否存活，顯示室壁運動及收縮功能。有文獻報道，ECT診斷冠心病的靈敏度可達91%，特異度高達93%，準確度為91%[8]。ECT診斷冠心病的準確度高于心電圖，與運動平板相似，結果陰性者可基本排除冠心病，結果陽性者可根據(jù)心肌血流分布、灌注量的異常推斷出哪支或哪幾支冠狀動脈發(fā)生病變，以此作為冠狀動脈造影檢查前的篩選方法。

2.3其他疾病ECT骨顯像被廣泛應用于臨床。骨是許多病變的好發(fā)部位，ECT利用其與CT的融合圖像，可進行陽性病灶解剖定位，從而確定骨髓炎等疾病的病變范圍，幫助臨床制定治療計劃及觀測治療效果。骨轉移瘤是骨骼最常見的惡性腫瘤，臨床上約有70%的惡性腫瘤可累及骨骼。ECT全身顯像為功能性顯像法，較其他影像學檢查方法可提前3～6個月作出診斷[9]。ECT全身骨顯像可用于評價骨轉移瘤，靈敏度非常高，且無絕對禁忌，可發(fā)現(xiàn)平面骨顯像中易被忽視的小的溶骨性病變或隱蔽性病灶。另外，ECT可以準確顯示骨代謝，可發(fā)現(xiàn)骨質增生、小關節(jié)的退行性改變或其導致的一些繼發(fā)性改變，臨床上也用來診斷代謝性骨病。

腦卒中是目前世界范圍內第2大主要致死性疾病，在歐美國家是成年人主要的致殘性疾病[10]。ECT在腦血管病的診斷、治療上也有應用。腦血流灌注在腦組織的營養(yǎng)、能量供給和代謝上具有重要的作用，測定腦血流可以早期診斷、治療腦血管疾病，減少致殘率、病死率。ECT的顯影劑經(jīng)靜脈注射后，可以通過血腦屏障進入腦細胞，其進入腦細胞的量與局部腦血流成正比，并且在較長時間內無再分布，經(jīng)斷層顯像分析，就可以得到腦各部位局部血流灌注顯像圖，由此可以計算出局部腦血流量，定量、分析腦組織中某一個區(qū)域的腦血流灌注功能。在腦部疾病和精神活動障礙疾病的早期診斷、治療方法的選擇及預后評價等方面，尤其在腦卒中及癲癇病灶的定位方面，ECT的定位率優(yōu)于CT和MRI。SPECT在短暫性腦缺血發(fā)作、腔隙性腦梗死等患者的缺血灶檢出方面較MRI更靈敏，而在大面積梗死灶方面與MRI差異無統(tǒng)計學意義，SPECT和MRI明顯較CT的陽性預測價值和陰性預測價值更高[11]。

3ECT發(fā)展進展與存在的問題

ECT技術不斷向前發(fā)展，它集核物理、放射化學、醫(yī)學影像學、分子生物學技術之大成，用解剖形態(tài)方式對病灶進行功能、代謝和受體顯像，已經(jīng)在腫瘤學、心臟病學、神經(jīng)學等多個方面得到了廣泛應用。進入21世紀，多模態(tài)(multiple modality)顯像技術，如SPECT/CT、PET/CT在核醫(yī)學臨床工作中得到了越來越廣泛的應用[12]。

3.1利用F-氟代脫氧葡萄糖(fluorodexoxy glucose，F(xiàn)DG)顯像提高了對腫瘤的鑒別能力FDG是一種新的腫瘤顯像劑，在臨床腫瘤的診斷、分期、治療等方面得到了廣泛應用，它可以與葡萄糖相同轉運載體結合后進入細胞,參與葡萄糖代謝，在葡萄糖代謝旺盛組織及細胞內大量積聚,利用良惡性細胞的不同代謝水平來判斷腫塊性質，檢測惡性病灶分期，檢出復發(fā)的惡性病灶。最早的FDG顯像由多環(huán)鍺酸鉍探測器探測，形成的影像不清晰，目前已經(jīng)開發(fā)出SPECT/CT和PET/CT (Hybrid Camera)的混合型機型，雙時相顯像是核醫(yī)學SPECT顯像中常用的鑒別良惡性腫瘤的手段[13]，大大提高了對腫瘤的診斷及鑒別診斷。

3.2高能準直器的出現(xiàn)高能準直器的出現(xiàn)也是ECT技術的一項發(fā)展，目前準直器晶體厚度已由9 mm增加到12.5 mm,可以產(chǎn)生能量為511 keV光子，同時配合使用511 keV高能放射性核素，可以生成不同能量的雙同位素圖像,增加探測效率。目前已出現(xiàn)多通道平行束準直器[14]，臨床上應用比較先進的是狹縫準直器SEPTAL (間隙為10 mm，間隔為40 mm×4 mm)，它配有由鋅、鉛、銅組成的多層濾波器，可以減少來自視野以外的射線及散射效應，在工作時3 min轉一圈采集數(shù)據(jù)，可以減少放射性衰減。該系統(tǒng)的空間分辨率在空氣中可達到半最大值全寬度(full width at half maximum,FWHM) 4.5 mm。大大提高了圖像分辨率。

3.3正電子符合圖像ECT另一項有重大價值的技術突破是以符合線路測試的方式提高靈敏度和分辨率，基本技術方法是增加時間符合判斷電路，是一種無準直器3D體積采集技術。

3.4機型結構的變化目前ECT已研究出可裝備多探測器的機型。探測器的增多可以更多角度地采集圖像，使靈敏度再一次提高。臨床上2、3、4個探頭的機型都有應用，也有使用環(huán)狀探測器的機型。人體的橫斷面近似為橢圓形,探測器繞人體旋轉時的理想軌跡是探測面和人體始終保持最貼近,可以最大限度采集光子、收集圖像。早期的ECT探頭繞人體旋轉的軌跡為圓形，探頭旋轉時,探頭表面到人體表面的距離變化大,使重建圖像的分辨率低。現(xiàn)在,由于探頭角度的變化，探頭繞人體旋轉的軌跡改為橢圓。目前臨床上應用最好的是雙探頭ECT，它具有斷層成像、快速全身骨掃描等功能，75%使用雙探頭的ECT可以在90～180 °間任意改變2個探頭之間的角度，使圖像分辨率提高了1.5～2.5 mm。

3.5圖像融合近20年來，隨著醫(yī)學影像技術的發(fā)展，ECT圖像融合技術已經(jīng)成為當今核醫(yī)學的一個主要研究領域，它有效地推動了ECT的發(fā)展。醫(yī)學影像檢查分為功能影像檢查(核醫(yī)學影像)和解剖結構影像檢查(CT、MRI、X線投照和B超)，功能影像能檢查采集的圖像分辨率低,尤其缺乏解剖學信息。目前PET/CT將2種不同模態(tài)的醫(yī)學圖像進行融合， 實現(xiàn)分子水平的功能成像與解剖成像的融合[15]，并可由CT數(shù)值計算軟組織及骨骼的衰減系數(shù),對ECT圖像進行衰減校正，產(chǎn)生有解剖定位的高質量圖像，反映各組織的生理、病理、生化、代謝等功能性變化和體內受體的分布情況，大大提高了診斷的正確率，拓寬了臨床應用范圍。

3.6圖像衰減校正PET/CT(正電子發(fā)射計算機斷層顯像儀)將核醫(yī)學領域“PET”獲得的組織器官功能代謝信息與X線計算機斷層顯像技術獲得的解剖學信息相融合，通過一次檢查達到對疾病的“定性”與“定位”，正得到越來越多的臨床醫(yī)生的關注與歡迎[16]。ECT的圖像是放射性核素在人體內再分布后探測到的射線所收集形成的。探測到的射線在經(jīng)過不同組織后，受到人體自身的衰減作用。在實際成像環(huán)節(jié)中，光子探測器接受到的光子數(shù)目也要受衰減和散射的影響。這些都會影響ECT圖像的成像質量，而通過衰減校正技術可以有效地解決這個問題。能譜CT單能量技術針對特定組織或病變，可以選取相對于某一背景的最佳觀察圖像；同時可以去除硬化、金屬偽影，充分發(fā)揮其薄層、重建等優(yōu)勢[17]。它采集的數(shù)據(jù)為射線穿過組織的衰減圖像數(shù)據(jù)，利用這些就可以用 CT數(shù)據(jù)對ECT圖像衰減校正，這樣既可以使透射掃描時間明顯縮短，又可使病灶解剖邊界定位準確，且衰減校正后的圖像沒有畸變。PET/CT的優(yōu)勢之一在于能夠直接利用CT圖像信息對PET發(fā)射數(shù)據(jù)圖像中的γ射線衰減進行校正[18]。未來，將采用X線CT圖像進行全能量衰減校正，CT圖像融合可以采集足夠清晰的解剖圖像，而非僅僅是提供一種衰減校正的方法。

3.7其他方面進展探測器實現(xiàn)數(shù)字化也是一項進步，目前ECT成像過程中所有光電倍增管的輸出都直接加一個模擬/數(shù)字(A/D)變換器，信號加工處理也全部以數(shù)字方式進行，與以前的模擬信號輸出相比有了不小的進步。

近些年，新型探測器也進入實用階段，這些新型探測器和以往的碘化鈉探測器不同，它們由其他類型晶體構成，探測靈敏度更高，最新的有光學玻璃ECT光探測器[19]、碲化鎘鋅晶體(Cadmium-Zinc-Telluride,CZT)半導體材料探測器。

新型準直器也已經(jīng)進入臨床實用階段，如多通道平行束準直器、錐束型準直器(Conebeam Collimator)、多焦距匯聚型準直器(Multifocal Converging Collimator)等，這些準直器的出現(xiàn)改變了以往準直器分辨率低于固有分辨率的現(xiàn)象，使整機的系統(tǒng)分辨率明顯提高,提高了圖像質量。

4小結

在核醫(yī)學影像設備技術的發(fā)展中，每種影像設備技術都會有其優(yōu)點與缺點，都會面對各種各樣的問題。目前，以 PET/CT為代表的臨床多模式顯像技術已獲得突飛猛進的發(fā)展，其在功能與解剖結構結合顯像方面的重要作用日益突顯[20]，作為新興的一項無創(chuàng)檢查方法，盡管仍處在發(fā)展階段，但初步應用已顯示出它的優(yōu)越性，其臨床應用前景也已經(jīng)得到了廣泛的認同，尤其適合在中國這樣的發(fā)展中國家推廣使用。

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(本文編輯：劉斯靜)

[中圖分類號]R814.42

[文獻標志碼]A

[文章編號]1007-3205(2016)03-0369-04

[作者簡介]穆東(1983-)，男，河北石家莊人，河北省石家莊市第一醫(yī)院主治醫(yī)師，醫(yī)學碩士，從事心血管疾病診治研究。

[基金項目]河北省醫(yī)學科學研究重點課題(ZD20140131)

[收稿日期]2015-09-22；[修回日期]2015-11-10