PET设备的成像原理、现状及展望

刘文艳 王 晶* 沙 飞 潘 清 王 珂 谢 艳 马宇晶

近年来，核医学领域的设备发展迅速，而正电子发射断层显像(positron emission tomography，PET)技术被誉为医学高科技之冠，其绝妙之处在于解密大脑奥秘，揭示出大脑与思维之间的化学联系，大脑皮层中细微的糖代谢、血流等变化都能在屏幕上出现不同的图像[1]。PET不仅是诊断和指导治疗肿瘤、心脏病和神经系统疾病的最优工具，也是研究医药学基本理论及实际问题的有利手段。我国近年来PET装机量也迅猛增涨，成像检查日益普及。

1 PET设备成像原理

PET是目前最先进的医疗诊断设备，其原理是把具有正电子发射的同位素标记药物(显像剂)注入人体内，如碳、氟、氧和氮的同位素(11C、18F、15O、13N)1种或2种，这些药物在参与人体的生理代谢过程中发生湮灭效应，生成基本上在180o方向上发射的2个能量为0.511 MeV彼此运动相反的γ射线光量子。根据人体不同部位吸收标记化合物能力的不同，同位素在人体内各部位的浓聚程度不同，湮灭反应产生光子的强度也不同。用环绕人体的γ光子检测器，可以检测到释放出光子的时间、位置、数量和方向，通过光电倍增管将光信号转变为时间脉冲信号，经过计算机系统对上述信息进行采集、存储、运算、数/模转换和影像重建，从而获得人体脏器的横断面、冠状断面和矢状断面图像。凡代谢率高的组织或病变，在PET上呈现明亮的高代谢亮信号，凡代谢率低的组织或病变在PET上呈现出低代谢暗信号[2-3]。

2 PET设备在临床中的应用

2.1 PET在神经系统疾病的应用

PET用于脑血管疾病(CVD)、老年性痴呆、癫痫、帕金森病(PD)、神经退行性疾病、神经精神药物研究与脑功能研究等均有价值。

2.2 PET在心脏病学研究中的应用

PET主要用于隐性、高危和疑难冠心病诊断，心肌存活(Myocardial Viability)的检测、介入治疗前后监测、心脏移植、心肌病等的诊断及治疗随访观察等。应用18F-FDG PET观察心肌代谢是冠心病诊断的金标准，是目前应用最多的项目[4]。

2.3 PET在肿瘤诊断与研究中的应用[5]

PET主要用于良、恶性肿瘤的鉴别，肿瘤分期、分型、复发、转移的早期诊断和鉴别，抗治疗现象的检测与监测，治疗方案的选择和疗效监测，以及恶变过程的观察与基础研究等。

2.4 其他

许多医学领域也正在探索PET的广泛应用，例如：组织存活、儿童发育、损伤修复、脏器移植、生理病理学研究、新药的设计开发、体内的药代动力学观察和在分子水平上研究药物作用机制，以及药物依赖性疾病等方面都具有重要价值。

PET的发展令人鼓舞，它极大地推动了影像医学和临床医学的整体发展，PET成为生物学、生理学必不可少的设备，并且成为分子生命科学的新武器[6]。

3 现阶段PET设备所存在的问题

20世纪90年代PET开始进入临床，当前的PET技术已日渐成熟完善，但其不足在于：①PET在成像过程中由于受康普顿效应、散射、偶然符合事件、死时间等衰减因素的影响，采集的数据与实际情况不一致，图像质量失真，必须采用有效措施进行校正，才能得到更真实的医学影像[7]；②PET从分子水平出发，把组织病理学检查延伸为组织局部生化的显示，确定病变的性质及恶性的程度，预测病程并直接指导治疗，这是目前CT、MRI等影像技术所不及的，但是PET提供的图像是人体生理代谢的图像，在临床解剖学意义上又无法与CT、MRI等影像技术比较[8]；③PET检查是反射检查，要服用示踪药物，从某种意义上说，这种检查对人体健康会带来一定的副作用，是一种损伤性检查；④组建PET中心耗资较大，PET是最贵的医学影像设备(100～200万美元/台)，同时它还需要昂贵的回旋加速器和一系列生化合成器与之配套，且应用技术复杂，导致诊断费用昂贵，一次全身扫描约1万元人民币，这无疑加重了患者的经济负担。

4 PET设备的发展趋势

随着医学对疾病认识的深入，一个全面的临床诊断通常要了解很多问题。如：病变的形态学情况、病变的生理功能情况、病变的组织定征等。要解决这些问题不是某一种显像设备能够单独解决的，各种医学成像方法都有其特长和不足。目前新的发展是利用图像融合技术，将PET和CT，或PET与MRI(核磁共振)的图像进行融合，同时得到人体的解剖图像和功能图像，提高对疾病的诊断能力[9]。只有互相取长补短，综合使用这些方法，才能获得患者的全面信息，给出正确的诊断结果。

自2000年PET-CT复合系统问世后，立即引起了医学界的瞩目。它与单独的PET或CT相比，有更高的诊断准确性，能够发现遗漏的病变，排除疑似病灶，明确病程分期[10]。同时，由于PET成本高，开发低造价的临床实用型医学影像系统是普及PET的需要[11]。另外，随着核医学的发展，最近提出了分子核医学的概念，它是分子生物学与核医学技术相结合的产物，应用PET进行基因显像,将对疾病发生发展机制的认识，疾病的早期诊断与治疗发挥着重要的作用，也可能是一个革命性的变革[12]。

5 结语

随着临床应用的进一步普及和医学界对PET成像的科学价值、应用前景达成广泛共识，可以预见，未来医学及生命科学的重大突破将在一定程度上依赖PET技术及其发展，它将促进医学成像领域的一场新革命。

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