PET/CT設備的研究進展

楊星，賈峰濤，任慶余

中國人民解放軍白求恩國際和平醫院 核醫學科/PET中心，河北 石家莊 050082

PET/CT設備的研究進展

楊星，賈峰濤，任慶余

中國人民解放軍白求恩國際和平醫院 核醫學科/PET中心，河北 石家莊 050082

本文介紹了PET/CT設備的工作原理、發展現狀及其在腫瘤疾病、心血管疾病、神經系統疾病等中的應用現狀，并指出了PET/CT設備的發展方向。

PET/CT；分子顯像；圖像融合；探測器

正電子發射型計算機斷層掃描（Positron Emission Tomography，PET）利用正電子標記的葡萄糖等人體代謝所必需的物質為示蹤劑，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顯像。其顯像原理是利用回旋加速器產生加速帶電粒子，轟擊靶物質，通過核反應產生正電子放射性核素（如11C、13N、15O、18F等），并合成相應的示蹤劑。這些示蹤劑進入人體后，放射性核素在衰變過程中發射正電子，在組織中運行很短距離后發生湮沒輻射，發射出方向相反、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、大小和代謝功能，對疾病進行診斷。PET儀的應用使核醫學邁入了分子醫學時代。

1 PET/CT設備的發展現狀

1.1 概述

20世紀70年代，PET儀被研制成功并逐漸投入到臨床，最終得到廣泛地應用，這使得影像診斷設備有了革命性的進展。作為當時最先進的分子影像設備，PET儀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。但傳統PET儀本身分辨率較低，不能提供足夠清晰的解剖結構圖像，因此在臨床應用中受到了一定的限制。而CT設備的分辨率較高，能提供清晰的解剖圖像，于是廠家在工作站內安裝了能夠與CT掃描圖像進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的快速發展，1998年PET/ CT設備問世，他們通過串聯的方式將PET儀和CT設備安裝在同一機架內，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中進行數據采集和圖像重建，實現同機圖像融合[1]。

1.2 發展現狀

PET/CT設備最初出現于1998年，2000年第1臺PET/CT設備在美國開始應用于臨床，到現在PET/CT設備已經發展到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，因此機架的旋轉速度可以達到0.33 周/ s，使得PET/CT設備在心臟檢查方面的優勢更加明顯[2]。

目前PET/CT設備主要由德國西門子、荷蘭飛利浦和美國通用等公司生產。在國內，大基醫療、上海聯影醫療科技有限公司等也研制了具有自主知識產權的PET/CT設備，并已經取得相關資質，將于近期將其產品推向市場。

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

GE公司生產的PET/CT設備主要型號為Discovery系列。PET探頭采用的也是整環探頭,探測器晶體最早主要采用鍺酸鉍（BGO）晶體，現在則采用的是基于镥元素的LBS復合晶體。GE公司產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設計在飛行時間技術（TOF）應用中發揮著巨大的作用，其探測器最多達到了256個探測單元。

Philips公司的PET/CT設備稱為Gemini,選用基于GSO晶體的Allegro型PET儀，配以多排CT組成。現在Philips公司采用了硅酸镥釔（LYSO）晶體，更適合TOF技術的應用[3]。其PET儀與CT設備分體設計，二者不在同一機架內。這種開放式設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，以便進行其他操作,如CT指導下活檢等。其PET探測部分的設計不同于其他廠家,采用專有的Pixelar技術,即晶體后面通過連續的光導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,提高圖像質量。

2 PET/CT設備的應用現狀

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

2.1 PET/CT設備在腫瘤疾病中的應用

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

臨床上主要依據腫瘤分期、是否原發及腫瘤擴散程度等對腫瘤進行治療。PET/CT設備通過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灶及腫瘤轉移情況進行分析，從而對腫瘤的臨床分期進行判斷[6]。同時還可以對腫瘤經過放化療以后的情況如放射性壞死、腫瘤殘存組織復發等進行分析判斷[7-9]。

PET/CT設備還在腫瘤手術的放療定位方面有著極其重要的作用。在腫瘤外科手術中，PET/CT可以提供明確的腫瘤解剖定位及轉移等信息，對手術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不能準確判斷腫瘤周圍的炎性病灶，對于腫瘤復發與放療反應也不能準確識別[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發及轉移灶得到及時準確的治療。

2.2 PET/CT設備在心血管疾病中的應用

PET/CT設備利用13N-NH3·H2O顯像劑，可以反映心肌血流灌注情況，實現冠心病的早期診斷；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98%，特異度為100%，已經成為判斷心肌是否存活的“金標準”[13-14]。

2.3 PET/CT設備在神經系統疾病中的應用

PET/CT設備利用18F-DOPA顯像劑，在帕金森氏病早期可以觀察到患者基底神經節的攝取明顯降低，從而對帕金森氏病進行早期診斷與治療[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設備在癲癇灶的診斷方面有著重大意義。另外，PET/CT設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用。

2.4 PET/CT設備在其他方面的應用

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用PET/CT設備進行體檢。PET/CT設備無創且能盡可能多地提供人體健康信息，在醫學查體方面也有著廣泛的應用。

3 討論

PET/CT設備根據自身的特性，不僅能夠提供核醫學的功能圖像，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確診斷信息[16]。經過多年的發展，PET/CT設備在很多方面已經取得了長足的進步，如能提高圖像清晰度的高清技術（High Distinction，HD），其在LSO快速晶體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）。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他們的真實幾何位置準確對位，使得在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。又如飛行時間技術（Time of Flight，TOF），可通過測定正電子湮滅時發出的1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。TOF技術能夠顯著提高圖像對比度，從而改善大體重患者PET圖像的質量，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，從而降低受檢者的輻射劑量。

4 展望

PET/CT設備表面上看上去是機架一體，但實際上PET儀和CT設備是各自獨立的，并沒有使用共同的探測器、共同的旋轉平臺以及共同的計算機系統等。半導體探測器具有高固有靈敏度、分辨率，可以同時實現X射線和γ射線共同成像，代表著PET/CT設備的發展方向。隨著CdTe（碲化鎘）探測器等多種半導體探測器的研究、開發和應用，我們可以直接利用這種技術研制新型探測器，實現X射線與γ射線的同時采集，從而使PET儀與CT設備能夠同時進行圖像采集和圖像處理，實現真正意義上的同步，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