PET/CT 應(yīng)用現(xiàn)狀及進(jìn)展

杜 名，辛 軍

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，遼寧 沈陽 110004）

正電子發(fā)射型電子計算機(jī)斷層顯像（Positron emission computed tomography，PET）是核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中一項(xiàng)先進(jìn)的成像技術(shù)[1-4]，由探測系統(tǒng)、計算機(jī)處理系統(tǒng)、圖像顯示和斷層床組成，利用正電子放射性核素（18F、11C、15O、13N 等）湮沒輻射后，產(chǎn)生一對能量相同（511 keV）方向相反的強(qiáng)穿透γ 光子，被探測器吸收，通過置換成空間位置和能量信號，經(jīng)計算機(jī)處理重建出不同的斷層圖像，由于其可反映疾病的生理功能變化，因此被稱為“活體生化顯像”。PET/CT 將PET 的功能成像及CT 的解剖學(xué)信息相結(jié)合，在分子水平上顯示組織細(xì)胞的代謝、功能、血流、細(xì)胞增殖和受體分布，廣泛應(yīng)用于腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)功能病變等方面，為臨床提供疾病生理和病理診斷信息，已成為不可或缺的重要影像設(shè)備[5-7]。

1 PET/CT 的出現(xiàn)與發(fā)展

1.1 PET/CT 與傳統(tǒng)影像學(xué)檢查方法的比較

1998 年，第一臺PET/CT 出現(xiàn)，安裝于匹斯堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心。PET/CT 的出現(xiàn)，極大彌補(bǔ)了傳統(tǒng)影像檢查設(shè)備的不足。PET/CT 將功能成像與解剖成像相結(jié)合，不僅可以提供良好的空間分辨率，還可以反映分子功能的活動，與疾病的生理、生化過程密切相關(guān)，因此PET/CT 利用其敏感性強(qiáng)、空間分辨率高、成像范圍廣的特點(diǎn)，在疾病良惡性診斷、分期、療效評估等方面發(fā)揮了重要的作用，逐步成為臨床重要的選擇。然而，PET/CT 同樣存在缺陷，檢查費(fèi)用高、組織分辨率低、藥物依賴性強(qiáng)等不足，限制其進(jìn)一步的臨床應(yīng)用與發(fā)展。

1.2 PET/CT 的設(shè)備組成與發(fā)展

PET/CT 主要由探測系統(tǒng)、計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、圖像顯示和斷層床等組成，探測系統(tǒng)中的探頭和計算機(jī)處理系統(tǒng)中的重建技術(shù)對成像的速度和質(zhì)量有著重要的影響。隨著影像技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，PET/CT 各組成設(shè)備也得到了更新，極大彌補(bǔ)了先前的不足。

1.2.1 晶體探頭

探頭是PET 的重要組成部分，而晶體是探頭的核心部件，不同的晶體材料嚴(yán)重影響PET 的性能。碘化鈉（NaI）作為第一代PET 閃爍探測器的單晶體，光輸出高、衰減時間比較快、發(fā)光波長能夠與光電倍增管匹配，從制備角度看，它具有熔點(diǎn)低、對稱程度高、原料價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，曾被認(rèn)為是最為優(yōu)良的閃爍探測器。然而NaI 晶體易潮解，且對自身尺寸及粒子的選擇限制較大，因而目前基本被淘汰。

進(jìn)入20 世紀(jì)80 年代，鍺酸鉍（BGO）晶體由于密度大、探測效率高、穩(wěn)定性好，逐漸得到廣泛使用，取代了NaI 晶體。BGO 晶體具有維爾德常數(shù)大的突出優(yōu)點(diǎn)，傳感器可以獲得較高的測量靈敏度[8]。雖然BGO 的光輸出量只有NaI 的15%，但其密度幾乎是NaI 的兩倍，且原子序數(shù)更高，從而有較高的探測效率。但BGO 晶體衰變時間長，從而限制了時間分辨率，不利于3D 的采集。硅酸鉍（BSO）晶體作為新型的閃爍晶體出現(xiàn)，其具有高輻射硬度、短衰減時間、低成本等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的極大關(guān)注。BSO 晶體短的紫外吸收邊能更好地分離Cherenkov 光和閃爍光，并有效收集Cherenkov 光信號，使其成為未來雙讀出量能器和均勻強(qiáng)子量能器的最佳候選材料[9]。

2000 年以來，硅酸镥（LSO）晶體上市，其密度和原子序數(shù)都較高，對γ 光子有高的探測效率，衰變時間短，時間分辨率高，光子輸出量高。另外，它牢固且不吸濕，應(yīng)用于PET，可實(shí)現(xiàn)快速3D 掃描，尤其適合危重及兒童等不適于長時間檢查的患者。然而其對稱性較低，易開裂。隨后出現(xiàn)的硅酸釔镥（LYSO）閃爍晶體，表現(xiàn)出了非常優(yōu)異的閃爍性能及發(fā)光均勻性[10]。

1.2.2 重建技術(shù)

圖像重建對PET 的分辨率提高、提升定量及半定量數(shù)值的精度起到重要作用。傳統(tǒng)PET/CT 重建方法主要有解析法和迭代法，其中解析法常用濾波反投影法（Filtered Back-projection，F(xiàn)BP），其重建速度快，但噪聲大，導(dǎo)致精度受限；迭代法最常用有序子集最大期望值法（Ordered Subset Expectation Maximization，OSEM），其具有較好的分辨率和抗躁能力，定位及定量也較為精確，但重建速度慢。隨著技術(shù)的進(jìn)步，各廠家紛紛研發(fā)新的重建方法，包括點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）、超高清（UHD）、飛行時間（TOF）、Q.Clear（也稱BPL）等。較傳統(tǒng)重建技術(shù)，縮短了成像時間的同時，提高了圖像質(zhì)量和參數(shù)的準(zhǔn)確性。

作為第一代技術(shù)，PSF 主要可以糾正空間位置不同引起的錯誤，從而提高PET 圖像的空間分辨率，在臨床使用多維爾評分（DS）評估18F-FDG PET 圖像時，腫瘤和參考器官的量化限制了光學(xué)誤解的問題。與傳統(tǒng)的重建算法相比，PSF 建模在腫瘤中顯著增加了標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUV），但在肝臟中僅適度增加。Enilorac 等[11]欲探討這是否可能會影響DS，結(jié)果提示DS 和彌漫性大B 細(xì)胞淋巴瘤患者的風(fēng)險分層均不受PET 重建選擇的影響，PSF 技術(shù)可常規(guī)在臨床中使用。

陸?zhàn)┑萚12]評估UHD 重建法較傳統(tǒng)自由呼吸法在改善肺部病灶PET/CT 檢查受呼吸運(yùn)動而導(dǎo)致融合不良中的作用，發(fā)現(xiàn)屏氣采集配合UHD 重建法得到的圖像融合良好占比較傳統(tǒng)法所得圖像更高；SUV、MTV40%、T/Bmax 測量值受部分容積效應(yīng)和移動邊界擴(kuò)大效應(yīng)的影響更小；加上更加精確的PSF 在重建過程中的運(yùn)用，使上述定量指標(biāo)更加精確。Kuhnert 等[13]評估UHD 和OSEM PET/CT 重建對量化的潛在影響時，使用Wilcoxon 檢驗(yàn)比較了兩種重建設(shè)置的定量攝取值及歸一化比率，發(fā)現(xiàn)對于測試的SUV 和病灶瘦體標(biāo)準(zhǔn)攝取值（SUL）數(shù)據(jù)，在OSEM 和UHD 重建后觀察到顯著差異；OSEM和UHD 重建后的比率平均值有顯著差異，與OSEM 重建相比，UHD 重建后SUV 和SUL 及歸一化比率平均高出60%。

第二代技術(shù)叫TOF。TOF 技術(shù)可以帶來更好的圖像質(zhì)量、更少的用藥劑量、更快的采集速度，提高靈敏度。張新等[15]評估TOF 技術(shù)在一體化PET/MR 上圖像質(zhì)量、半定量分析中的應(yīng)用價值，對比研究21 例腫瘤患者TOF 及非TOF 方法重建的PET 圖像對于原發(fā)腫瘤性病變的SUVmax、SUVmean 和信號噪聲比（SNR）的差異，證實(shí)利用TOF 技術(shù)重建獲得的圖像在病灶的半定量分析上優(yōu)于非TOF 重建方法，同時TOF可較明顯改善圖像質(zhì)量。

近年來，超級迭代Q.Clear 作為第三代重建技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高清圖像與真實(shí)SUV 定量的目標(biāo)，成為應(yīng)用的熱點(diǎn)。林樂軍等[14]通過對60 例腫瘤患者PET 圖像按照OSEM、TOF+PSF 和Q.Clear（β 值=350）3 種重建技術(shù)對圖像進(jìn)行重建，獲取PET參數(shù)并進(jìn)行分析，以探究Q.Clear 重建技術(shù)對18F-FDG PET/CT 正常組織代謝參數(shù)及圖像質(zhì)量的影響，結(jié)果證實(shí)Q.Clear重建技術(shù)在穩(wěn)定正常本底組織代謝參數(shù)的前提下，明顯降低了圖像噪聲，提高SNR，能很大程度上改善圖像質(zhì)量，尤其對體質(zhì)量較大的受檢者的圖像質(zhì)量改善更加明顯。

Wu 等[15]為了評估不同PET/CT 重建算法的量化準(zhǔn)確性，使用4 種不同的方法重建：OSEM、TOF+OSEM、TOF+PSF+OSEM 以及Q.Clear，測量了體模研究中的恢復(fù)系數(shù)（RC）和對比恢復(fù)（CR），研究表明Q.Clear 重建技術(shù)提高了對真實(shí)攝取的量化精度，大大提高了PET/CT 成像的診斷信心和治療反應(yīng)評估，尤其是對微小肺結(jié)節(jié)。

2 PET/CT 藥物的研發(fā)與進(jìn)展

基于正電子核素標(biāo)記藥物在體內(nèi)的攝取、組織分布和相關(guān)代謝數(shù)據(jù)，可以在腫瘤的治療和診斷過程中檢測到反映病理癥狀的臨床信息。因此，放射性核素示蹤劑在許多疾病的早期診斷、良惡性鑒別、分期、分級和療效預(yù)測中發(fā)揮著不可或缺的作用[16-18]。

正電子藥物多由回旋加速器制備而成，常見放射性核素包括18F、11C、15O、13N 等。與其他放射性核素相比，18F 的應(yīng)用非常普遍，因?yàn)樗哂欣硐氲陌胨テ冢?09.8 min）和高正電子峰度。18F 的引入可形成穩(wěn)定的化學(xué)C-F 鍵，有助于多步標(biāo)記反應(yīng)和延遲成像[19]。其制備方法通常有親核氟代標(biāo)記法和親電氟代標(biāo)記法，還包括同位素交換標(biāo)記、環(huán)加成標(biāo)記和Al-18F配合物標(biāo)記法[20]。目前臨床應(yīng)用最廣泛的18F-FDG 就是在脫氧葡萄糖（DG）上加氟制備成的，進(jìn)行葡萄糖代謝顯像，然而18F-FDG 并非特異性顯像劑，臨床應(yīng)用過程中，往往出現(xiàn)假陰性或假陽性，從而影響疾病的診斷。隨著影像技術(shù)的發(fā)展，藥代動力學(xué)更好、副作用更小、靶點(diǎn)選擇性更強(qiáng)、特異性更高的新型藥物不斷被研發(fā)出來，以滿足臨床需求（表1），其中應(yīng)用較為廣泛的包括18F-FET 及18F-FFDOPA，在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤方面，診斷效能明顯優(yōu)于18F-FDG[21-23]。

表1 18F 標(biāo)記正電子藥物種類及臨床應(yīng)用

3 PET/CT 臨床應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展

腫瘤是中國居民的主要死亡原因，2020 年中國癌癥新發(fā)病例約450 萬例，死亡約300 萬例[24]。早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療是降低惡性腫瘤病死率、延長生存時間的關(guān)鍵措施[25]。近年來，PET/CT 廣泛應(yīng)用于臨床，并在腫瘤的診斷、分期、療效評價、檢測復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移、預(yù)后評估等方面顯示出重要的作用和價值。

3.1 腫瘤的早期診斷

腫瘤的早期診斷對患者治療方案的制定和預(yù)后具有至關(guān)重要的意義。PET/CT 不但可以反映腫瘤的形態(tài)特征，還可以通過腫瘤的代謝情況，對其發(fā)展程度進(jìn)行判斷。劉芳蕾等[26]在2013 年的研究中證實(shí)，18F-FDG PET/CT 對肺結(jié)節(jié)的早期診斷有較高的價值，對肺癌的分化程度也有一定的提示作用，聯(lián)合血清腫瘤標(biāo)志物檢測可提高肺癌早期診斷的特異度；李佳錚等[27]指出，PET 對早期胃癌的檢出能力有限，但可輔助預(yù)測早期胃癌內(nèi)鏡下黏膜切除術(shù)（ESD）的根治性及監(jiān)測術(shù)后復(fù)發(fā)；李可心等[28]研究發(fā)現(xiàn)18F-FDG PET/CT 利用糖醇解總量（TLG）、腫瘤代謝體積（MTV）等代謝參數(shù)可預(yù)測早期宮頸癌盆腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

PET/CT 不僅適用于腫瘤的早期診斷，對非腫瘤性病變的早期改變同樣具有提示意義。張萍等[29]探討了18F-FDG PET/CT在早期活動性大動脈炎患者中的診斷價值，采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)比較SUVmax 值的差異，結(jié)果提示18F-FDG PET/CT 是一種檢測早期動脈炎癥變化的有效方法，可用于早期活動性大動脈炎的診斷。

3.2 良惡性病變的診斷及鑒別診斷

腫瘤良惡性的鑒別診斷是臨床遇到的普遍問題，關(guān)系治療方案的選擇。傳統(tǒng)影像往往通過形態(tài)、密度及信號的改變進(jìn)行診斷，但部分復(fù)雜病變?nèi)噪y以鑒別。利用良惡性腫瘤不同的生理、生化特征，PET/CT 可以通過腫瘤代謝情況，提示病變的良惡性，進(jìn)而指導(dǎo)臨床治療方案的選擇。

Tatc 等[30]評價了18F-FDG PET/CT 在肺類癌和肺錯構(gòu)瘤鑒別診斷中的應(yīng)用價值，采用Mann-Whitney U 和Kruskall-Wallis H 試驗(yàn)比較錯構(gòu)瘤和類癌的平均直徑和平均SUVmax，肺類癌的攝取從輕微到強(qiáng)烈不等，肺錯構(gòu)瘤可見18FFDG 攝取，而非典型類癌和典型類癌的平均SUVmax 高于錯構(gòu)瘤，并認(rèn)為在腫塊周圍伴有支氣管梗阻的情況下，必須懷疑肺類癌。

Ozmen 等[31]比較了FDG PET/CT 在結(jié)核性胸膜炎（TP）和惡性胸膜間皮瘤（MPM）的表現(xiàn)，并評估其鑒別診斷的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)TP 樣MPM 胸膜中FDG 攝取明顯，但在評估結(jié)核病流行國家的胸膜病變時，應(yīng)考慮FDG PET/CT 可能有假陽性結(jié)果，評估胸膜FDG 攝取和淋巴累及情況，可幫助更準(zhǔn)確的診斷。

3.3 腫瘤的分期與再分期

惡性腫瘤定性后，全面了解病變范圍，進(jìn)行腫瘤分期是臨床選擇治療方案的關(guān)鍵，同樣，治療后的腫瘤再分期對治療決策、療效和預(yù)后評估至關(guān)重要。PET/CT 可全面、直觀的發(fā)現(xiàn)病變在全身的分布，進(jìn)而明確分期及再分期。

劉玉奇等[32]研究18F-FDG PET/CT 在結(jié)直腸癌術(shù)后患者臨床再分期、治療策略及預(yù)后評估中的價值，結(jié)果證實(shí)18FFDG PET/CT 診斷結(jié)直腸癌術(shù)后復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移的靈敏度和準(zhǔn)確性較高，并能及時修正臨床再分期，指導(dǎo)臨床治療策略的選擇。

Orsaria 等[33]評估18F-FDG PET/CT 對乳腺癌（BC）患者淋巴結(jié)（LN）轉(zhuǎn)移的一些預(yù)測特征及腋窩LN 分期的價值，研究表明PET/CT 有助于評估原發(fā)性BC 腫塊及其與轉(zhuǎn)移性腋窩LN 的關(guān)系，從而預(yù)測腫瘤行為并指導(dǎo)臨床實(shí)踐。

3.4 評估療效與預(yù)后

惡性腫瘤治療后有效的表現(xiàn)，首先為活性的降低，反映在增生的減緩和代謝的減低，進(jìn)而腫瘤體積減小或消失。而往往惡性程度越高的腫瘤，其活性越高，增生越迅速，其代謝也更加旺盛。PET/CT 可以利用這一特征進(jìn)行代謝顯像，從而通過代謝的高低進(jìn)行療效的評價，并且可以根據(jù)腫瘤惡性程度的高低，評估患者的預(yù)后。

陳學(xué)濤等[34]探討非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）根治性切除術(shù)術(shù)前18F-FDG PET/CT 顯像對患者中遠(yuǎn)期預(yù)后的預(yù)測價值，發(fā)現(xiàn)NSCLC 根治術(shù)術(shù)前18F-FDG PET/CT 顯像中的原發(fā)灶大小和SUVmax 對,術(shù)后生存期有重要的預(yù)測價值，縱隔或肺門高代謝淋巴結(jié)（HML）分布類型對預(yù)后可能有預(yù)測價值。

局部晚期食管胃交界腺癌（AEG）術(shù)前放化療的結(jié)果各不相同，良好的治療反應(yīng)是患者預(yù)后的關(guān)鍵因素。Sánchez-Izquierdo 等[35]評價18F-FDG PET/CT 在AEG 患者代謝反應(yīng)方面的價值，結(jié)果證實(shí)18F-FDG PET/CT 在潛在可手術(shù)的AEG進(jìn)行新輔助治療前診斷非疑似轉(zhuǎn)移中是有用的。SUV 與病理反應(yīng)相關(guān)，是一個長期獨(dú)立的生存預(yù)后因素。

陳虞梅等[36]研究化療中期及化療后18F-FDG PET/CT 對彌漫性大B 細(xì)胞淋巴瘤（DLBCL）患者預(yù)后判斷的價值，分別在化療前、化療中期及化療后行18F-FDG PET/CT 檢查，對代謝參數(shù)及化療前后參數(shù)變化值行Pearson 相關(guān)分析，結(jié)論證實(shí)初始化療方案為R-CHOP 的DLBCL 患者，化療中期PET/CT能有效預(yù)測預(yù)后，化療中期完全緩解的患者可省略化療后PET/CT 檢查。

Lv 等[37]探討預(yù)處理18F-FDG PET/CT 在預(yù)測肝移植（LT）后HCC 的病理特征和復(fù)發(fā)中的價值，研究證實(shí)預(yù)處理18FFDG PET/CT 對LT 后HCC 的復(fù)發(fā)有較好的預(yù)測作用，對HCC 的病理分級、微血管侵犯、肝被膜侵犯等病理特征有較好的預(yù)測價值。

4 總結(jié)與展望

PET/CT 作為應(yīng)用廣泛的分子影像學(xué)檢查方法，聯(lián)合不同影像手段，優(yōu)勢互補(bǔ)，利用其敏感性及特異性為多種疾病的診斷、分期、治療決策提供了可靠的分子水平依據(jù)。隨著影像技術(shù)、算法、設(shè)備的更新，隨著新型藥物的研發(fā)與試用，相信PET/CT 在未來的臨床應(yīng)用中將扮演更加重要的角色。