一體化PET/MR應(yīng)用進展

祝安惠，張燕燕

(北京大學(xué)第三醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，北京 100191)

PET/MR是將PET和MR融為一體的影像學(xué)檢查手段。PET/MR集PET功能成像和MR精準(zhǔn)定位及多參數(shù)成像等優(yōu)勢于一體，隨著圖像重建、衰減矯正及偽影控制技術(shù)的提高，其掃描時間逐步縮短，輻射劑量進一步降低，在臨床及科研中的應(yīng)用領(lǐng)域逐年拓寬[1]。本文對一體化PET/MR的應(yīng)用進展進行綜述。

1 概述

隨著影像融合技術(shù)的不斷進步，PET/MR成像設(shè)備已由傳統(tǒng)的分體式發(fā)展成為一體機，其構(gòu)造及性能顯著提升，克服了分體式PET/MR檢查過程耗時長及無法實現(xiàn)同時掃描的不足。一體化PET/MR系統(tǒng)設(shè)計分為插入式、嵌入式及完全集成式3種方式[2]。①插入式：將PET探測器簡單插入MR設(shè)備，但PET與MR信號相互干擾程度較大，導(dǎo)致PET性能下降；②嵌入式：將PET探測器置于MR發(fā)射線圈內(nèi)，可實現(xiàn)同步掃描，但也導(dǎo)致MR孔徑明顯變小而僅可用于小動物或人體頭部和四肢；③完全集成式：將PET探測器置入MR梯度線圈內(nèi)，可節(jié)省磁體占據(jù)的空間，同時顯著降低PET與MR互相干擾，使PET性能顯著提高，可實現(xiàn)飛行時間(time of flight, TOF)技術(shù)，真正實現(xiàn)PET與MR等中心、相同容積和同步掃描，使PET/MR整體掃描時間明顯縮短[3]。

1.1 硬件技術(shù) 影響一體化PET/MR性能的硬件技術(shù)主要為PET光電轉(zhuǎn)換器、MR線圈性能及連續(xù)床位移動技術(shù)等。PET光電轉(zhuǎn)換器有光電倍增管(photomultiplier tubes, PMT)、雪崩光電二極管(avalanche photo diode, APD)和硅光電倍增管(silicon photomultipliers, SiPM)。PMT對磁場敏感而不適用于PET/MR設(shè)備；APD對磁場不敏感，但噪聲較大而導(dǎo)致能量和時間分辨率下降，在一體化PET/MR設(shè)備中已逐漸被SiPM取代。SiPM的光電轉(zhuǎn)化率、時間和空間分辨率均較APD高，且工作電壓低而增益高，可實現(xiàn)高度集成化，進一步提高PET的整體性能[4]。目前基于SiPM的TOF時間分辨率已提高至400 ps以內(nèi)[5]。MR采用一體化相控陣表面線圈，配合連續(xù)床位移動技術(shù)，一次采集可同時獲得全身高分辨率圖像及T1W、T2W、質(zhì)子加權(quán)和DWI等多序列圖像，掃描速度明顯提高[1]。

1.2 軟件技術(shù) 為提高PET圖像信噪比和對小病灶的檢出率，一體化PET/MR軟件技術(shù)的突破點主要在于圖像重建和衰減校正方法。PET采用點擴展函數(shù)(point spread function, PSF)重建方法，可獲得亞毫米分辨率。有學(xué)者[6]發(fā)現(xiàn)，對于最大徑<10 mm的病灶，TOF聯(lián)合PSF重建方法獲得的標(biāo)準(zhǔn)攝取平均值和最大值均較單獨使用TOF或PSF提高，提示基于TOF聯(lián)合PSF重建方法的一體化PET/MR有利于檢出最大徑<10 mm的病灶。TOF技術(shù)可提高掃描速度及PET圖像對比度，從而降低示蹤劑用量[4]、提高圖像質(zhì)量[7]。

一體化PET/MR采用MR信息對PET圖像進行衰減校正(MR attenuation correction, MRAC)[8]，包括提高組織分類、恢復(fù)人體輪廓和提高衰減校正圖的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確地組織分類是精確計算衰減校正系數(shù)圖的前提，目前MR通過水脂分離序列、圖集技術(shù)及零回波技術(shù)可獲得5種組織分類(氣體、水、脂肪、軟組織和骨骼)，聯(lián)合應(yīng)用上述技術(shù)可顯著提高MRAC的可靠性、可重復(fù)性和準(zhǔn)確性[9]。

1.3 偽影校正 一體化PET/MR偽影校正主要針對運動偽影及金屬植入物相關(guān)偽影。PET和MR運動偽影校正技術(shù)可啟動PET與MR同步掃描，包括外置門控(如呼吸、心電和指脈信號等)和MR自身導(dǎo)航技術(shù)。一體化TOF PET/MR不增加掃描時間即可提供與呼吸周期不同時相匹配的MRAC校正技術(shù)，可明顯減少由呼吸運動導(dǎo)致的圖像不匹配偽影，從而顯著提高胸腹部圖像質(zhì)量[10]。TOF技術(shù)還可補償金屬植入物所致的PET信息丟失，提高MRAC的精確性[11]。

2 應(yīng)用進展

2.1 腫瘤

2.1.1 肺癌 一體化TOF PET/MR的亞毫米級時間分辨力能有效消除運動偽影、顯著提高圖像分辨力。研究[12]表明，一體化TOF PET/MR能有效檢出肺部病變，可應(yīng)用于肺癌的臨床分期。

2.1.2 乳腺癌 乳腺鉬靶和超聲難以判斷致密腺體中可能存在的腫塊。MR具有優(yōu)越的軟組織分辨力，可準(zhǔn)確檢出此類病變，且在顯示乳腺癌胸壁侵犯方面具有明顯優(yōu)勢。有研究[13-14]報道，俯臥位PET/MR乳腺成像中，雙乳處于下垂?fàn)顟B(tài)，所提供的病變代謝、解剖細(xì)節(jié)及功能參數(shù)方面的信息均優(yōu)于常規(guī)仰臥位PET/MR成像。

2.1.3 腹部及盆腔腫瘤 PET/MR有利于檢出高分化肝癌、胃腸道神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤、女性生殖系統(tǒng)原發(fā)腫瘤、轉(zhuǎn)移病變及腹腔小淋巴結(jié)[15]，還可準(zhǔn)確評估胰腺癌的侵犯范圍。有學(xué)者[1]采用11C或18F標(biāo)記膽堿或68Ga-PSMA，發(fā)現(xiàn)PET/MR能清晰顯示前列腺癌原發(fā)病灶的解剖細(xì)節(jié)，有助于指導(dǎo)穿刺活檢。

2.1.4 神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤 PET/MR可獲得病變的精細(xì)解剖細(xì)節(jié)及代謝信息，還可通過MR擴散張量成像、DWI、MRS等多參數(shù)成像獲得腫瘤侵犯神經(jīng)纖維束、腫瘤內(nèi)部微環(huán)境變化及腫瘤化學(xué)成分變化的相關(guān)信息[16]，在手術(shù)或活檢前精確定位腫瘤方面具有重要意義。

2.1.5 淋巴瘤 MR具有優(yōu)越的軟組織分辨率，不僅可發(fā)現(xiàn)局限在淋巴結(jié)的病變，還可有效檢出骨髓、肌肉、腹部及盆腔臟器等的微小浸潤灶。由于MR無輻射，適宜放化療后再分期、療效評估和遠期隨訪，尤其是對射線敏感的兒童患者，更是理想的選擇[17]。

2.1.6 骨轉(zhuǎn)移瘤 MR快速自旋回波T1WI或Dixon同相位T1WI對骨髓浸潤病變非常敏感，有助于檢出早期骨轉(zhuǎn)移瘤，同時可用于評估骨轉(zhuǎn)移瘤放化療療效[18]。

2.2 非腫瘤病變

2.2.1 神經(jīng)系統(tǒng) 一體化TOF PET/MR可提供腦組織精細(xì)化的解剖結(jié)構(gòu)、腦血流量及腦功能等多方面的信息，實現(xiàn)PET絕對定量腦血流量，在早期診斷腦疾病(如腦血管病、癡呆、帕金森病及癲癇等)導(dǎo)致的腦血流量異常及預(yù)后判斷中發(fā)揮重要作用[19]。Su等[20]發(fā)現(xiàn)，采用15O-PET圖像衍生的動脈輸入技術(shù)，PET/MR可絕對定量腦血流動力學(xué)參數(shù)(如腦血流量、血容量及腦氧代謝率)，且準(zhǔn)確性與傳統(tǒng)侵入性動脈血采樣法相同，操作簡單，可重復(fù)性強。一體化PET/MR能識別腦缺血時發(fā)生無氧糖酵解的組織，可用于觀察缺血后神經(jīng)炎癥導(dǎo)致神經(jīng)破壞和修復(fù)發(fā)生的機制。Lewis等[21]采用一體化52Mn PET/MR檢查小鼠神經(jīng)干細(xì)胞，為未來臨床研究神經(jīng)干細(xì)胞治療技術(shù)及治療策略提供影像學(xué)依據(jù)。

2.2.2 心血管系統(tǒng) PET/MR輻射劑量低，具備良好的運動偽影矯正方法，同時心臟MR可提供精細(xì)的形態(tài)學(xué)信息，因此PET/MR在評價冠狀動脈不穩(wěn)定斑塊、心功能、心肌灌注、心肌存活及心肌病等方面具有重要作用，有望成為心血管疾病的常規(guī)檢查方法[22]。Robson等[23]采用自由呼吸衰減矯正成像方法和增加迭代次數(shù)的重建方法，應(yīng)用18F-FDG和18F-NaF兩種顯像劑，獲得冠狀動脈炎癥活動和微鈣化的低劑量(7.2 mSv)PET/MR圖像。新型示蹤劑18F-galacto-RGD可用于評估冠狀動脈斑塊炎癥及再生血管。

3 技術(shù)挑戰(zhàn)與展望

有學(xué)者[24]提出，MR不同序列檢測肺部病變的效能不同，故優(yōu)化MR采集序列可提高PET/MR的檢測效能。多項研究[25-26]顯示，ADC值和SUV值是診斷宮頸鱗癌的獨立指標(biāo)，以ADC值評價惡性程度分級較SUV值更敏感，提示以DWI作為PET/MR常規(guī)掃描序列可為診斷及制定放療計劃提供參考信息。國內(nèi)已有學(xué)者制定了神經(jīng)系統(tǒng)PET/MR檢查規(guī)范[27]及護理流程[28]，但國內(nèi)一體化PET/MR應(yīng)用尚處于起步階段，仍需進一步規(guī)范掃描方案。

PET主要采用18F-FDG為探針，18F-FDG在多數(shù)惡性腫瘤中均表現(xiàn)為不同程度攝取增高。MR可通過多參數(shù)和多序列掃描來提高組織分辨率。采用18F-FDG可能導(dǎo)致漏檢18F-FDG攝取陰性或MRI常規(guī)成像缺乏良好對比的病變或組織，故研制既適用于MR又適用于PET的新型探針，將有助于進一步拓寬PET/MR的應(yīng)用范圍。

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