PET/CT的技術發展趨勢

楊星，賈峰濤，任慶余

白求恩國際和平醫院 核醫學科PET中心，河北 石家莊 050082

PET/CT的技術發展趨勢

楊星，賈峰濤，任慶余

白求恩國際和平醫院 核醫學科PET中心，河北 石家莊 050082

目前，PET/CT是最先進的分子影像設備，具有很高的臨床應用價值。本文從采集方式、晶體技術、CT技術、圖像重建、圖像融合等方面介紹了PET/CT技術的發展狀況及其未來發展趨勢。[關鍵詞] PET/CT；分子顯像設備；圖像融合

20世紀70年代正電子發射型計算機斷層掃描儀（positron emission tomography，PET）研制成功并逐漸投入臨床使用[1]，使影像診斷設備發生了革命性的進步。PET圖像顯示人體內部分子代謝活動，是當時最先進的分子顯像設備，它實現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[2-3]。但傳統PET設備因其不能提供足夠清楚的解剖結構圖像而產生病灶精確定位困難等問題，于是廠家在工作站內安裝了與CT掃描的圖像進行異機的圖像融合軟件以解決上述問題。隨著臨床需求的不斷增加和技術的快速發展，1998年PET/CT問世了，它將PET和CT安裝在同一個機架內，盡管分別在各自的計算機系統進行數據采集和圖像重建，但受檢者一次完成PET和CT檢查，實現了同機圖像融合[4-6]。

目前，PET/CT各種技術的發展突飛猛進，以追求更快的采集速度和更高的圖像質量。本文就從采集方式、晶體技術、CT技術、圖像重建、圖像融合等方面進行簡要介紹。

1 采集方式

在傳統的PET/CT中，一般采用2D模式采集。2D采集時探頭環與環之間放置了鉛或鎢等材料做成的隔離片，主要是為了防止軸向視野上發生錯環符合事件，由于鉛柵的阻隔，有相當一部分的符合事件被阻擋，造成了系統靈敏度的不足。隨著電子準直技術的應用，PET省去了笨重的鉛柵，實現了真正意義上的3D采集。電子準直是利用湮滅輻射產生在一條直線上，對方向相反的兩個γ光子，用兩個相對探測器來確定閃爍點位置的一種方法，它的應用使得探測器軸向視野明顯增大，采集信息明顯增多。應用3D采集模式后，靈敏度是原來2D采集的10倍以上，大大節省了采集時間[7]。

2 晶體技術

晶體的作用是將湮滅輻射發生的光子轉換為可見光，并通過光電倍增管轉換為電信號，晶體的選擇決定了PET/ CT的時間分辨率，更決定了PET/CT的采集速度。晶體的性能是由它的密度、原子序數、能量分辨率、光輸出量和衰減時間來決定的[8]。早期的PET一般采用碘化鈉（NaI）晶體和鍺酸鉍（BGO）晶體，到了后期逐步選用有硅酸釓（GSO）晶體和硅酸镥（LSO）晶體、硅酸镥銥（LYSO）晶體和最近發布的基于镥元素的混合（LBS）晶體。

表1 列出了前4種晶體的性能指標。

表1 PET晶體性能指標

3 CT技術

CT技術的發展從1972年第一代CT誕生已經發展到了第五代技術，由單層螺旋CT發展到了320層甚至更高層，掃描速度由300s/幅提高到了0.4s/幅，空間分辨率由1mm提高到了0.3mm。而PET-CT中的CT部分也采用了高靈敏度半導體探測器、大熱容量球管等技術，大大提高了PET/CT的性能。現在已經有廠家在追求低劑量、高品質CT，輻射劑量比常規可減少80%，空間分辨率可以提高35%～50%[9-10]。

4 圖像重建

圖像重建是指將PET采集到的信息通過一定的計算方法重新建立診斷用圖像的關鍵技術。

早期的PET一般采用濾波反投影法（filtered back projection，FBP），它屬于解析變換方法。其優點是計算過程簡單，重建速度較快，易于臨床實現，缺點是得到的PET圖像噪聲較高，分辨率和定位精度較差。

有序子集最大期望值法（ordered subsets expectation maximization，OSEM），其基本思路是將全部投影數據劃分為多個子集，每使用一個子集的數據全部像素則被更新一次，所有子集輪流使用一遍完成一次迭代。這種重建方法的優點是能夠更好的消除偽影，可更好的進行空間分辨率不均勻性的校正、物體幾何形狀約束、平滑性約束等控制迭代操作。

傳統的PET圖像由于受到探測器深度的影響，視野中心的圖像清晰，而距離中心越遠，圖像則越模糊，高清技術（High Distinction，HD）能提高圖像的清晰度。這項技術是在快速晶體LSO以及超高速電子線路的基礎上應用了點擴散函數（point spread function，PSF）。點擴散函數用于描述一個圖像系統對于一個點源或點物體的響應。在傳統PET技術中，如果光子來自視野中心，則響應線就可以準確的落在光子所進入的晶體上，如果光子離中心越遠，則響應線位置的計算就越不準確，圖像就越模糊。HD技術整合了數百萬個精確測量的點擴散函數并將響應線與它們的真實幾何位置準確對位，使得整個視野內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。

飛行時間技術（Time of Flight，TOF）于20世紀60年代提出，在20世紀80年代成熟，是PET技術主要發展方向之一。核醫學之父Wagner教授曾經指出：“TOF PET已經成為PET未來發展的方向”。TOF是通過測定正電子湮滅時發出的一對光子到達探測器時間的不同而直接計算出湮滅發生的具體位置。具體而言，一臺時間分辨率在500ps的TOF-PET，它的正電子閃爍事件定位精度可以在7.43cm以內，而傳統技術是70cm內，從而極大的降低了圖像的噪聲水平，這樣通過圖像的信噪比的提高達到改善圖像質量的效果[11]。目前，TOF技術無法提高PET的分辨率，也無法解決遠離視野中心圖像分辨率下降的問題，但是它能夠提高圖像對比度，從而改善大體重患者PET圖像的質量[12]。TOF技術還可以顯著減少采集計數的丟失，提高系統靈敏度，減少患者的注射藥量，從而降低對受檢者的輻射劑量。

TOF技術的發展，使得用于臨床和研究中的PET設備已經從技術上劃分為不帶TOF功能的PET和具有TOF功能的PET兩種類型。TOF技術的發展，對影響其發展的晶體要求也越來越高，因此快速采集晶體的發展已是必然趨勢。目前TOF-PET的系統時間分辨率一般在500ps，對正電子的定位精度已經可以達到7cm，衰減時間短的LSO晶體和LYSO晶體越來越受到青睞。如果采用LaBr3（溴化鑭）晶體，TOF-PET的系統時間分辨率可以達到300ps以內，那么正電子的定位精度將更小，圖像質量和掃描速度將會得到進一步提升。理論上，TOF-PET的系統時間分辨率達到20ps，晶體切割合理，正電子的定位精度將可以達到3mm，PET將徹底去除圖像重建的需要。

5 圖像融合

PET/CT是PET和CT兩種掃描方式的融合，其圖像的生成是通過軟件將PET和CT獨立產生的兩種圖像配準進行融合得到的。雖然兩次掃描在同一檢查床上完成，但圖像融合的精度仍然受到掃描床的位移、人體器官的位移等因素影響。

由于PET和CT的檢查床板伸出的長度不一致，因此受到的力矩大小也不相同，很容易造成床板下沉的角度不一致，從而影響對位的精度。為了盡量減小掃描床位移所造成的影響，有的公司采用了雙層擱板托架技術，有的采用了底座驅動單支點懸臂式技術，有的采用了雙位抽屜技術，都極大降低了兩種檢查掃描床位移引起的對圖像融合精度的影響。

常規CT掃描一般要求受檢者屏氣，掃描周期一般為秒級，而PET掃描允許受檢者保持平穩呼吸，掃描周期為分鐘級。這樣由于呼吸運動使得受檢者臟器位移十分明顯，對融合精度的影響也最大，許多廠家都采用了多門控、多時相技術來解決這一問題。Motion Free技術能夠為臨床提供全身掃描的多門控、多時相、多床位的采集模式和處理方法，它是通過呼吸門控觸發器提供的信息為標志，使得PET與CT的圖像到達更完美的匹配。該技術讓病人能夠在平穩呼吸運動下獲得精確的融合圖像，提高SUV準確性，去除偽影。

圖像融合技術的真正突破有賴于PET/CT機架一體同機融合[13]。目前，PET/CT雖然都叫機架一體，但實際上PET和CT依舊是分開的，并沒有達到共同的探測器、共同的旋轉平臺，以及共同的計算機系統。而半導體探測器具有高的固有靈敏度、分辨率，可以同時實現X射線和γ射線共同成像，因此代表了PET探測器新的發展方向。隨著碲化鎘（CdTe）探測器等各種半導體探測器的研究發展和應用，可以直接利用這種技術開發X射線+γ射線的新型探測器[14]，直接達到PET和CT同時采集，同時處理，實現真正意義上完全同步采集處理，徹底解決因為采集時差和位差帶來的圖像偽影等問題。

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Direction of Technique Development of PET/CT

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

PET/CT is the most advanced molecular imaging equipment,it has the most value in clinic. This paper introduces the technical parameters from aspects of acquisition mode, crystal, CT, image reconstruction and image fusion. At last it prospects the future of the development of trend.

PET/CT; development; prospect

R734

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.02.015

1674-1633(2012)02-0051-02

2011-09-07

作者郵箱：jazz_jiaft@sina.com