PET/MR显像仪的原理及临床应用

杨明方，胡罗健，邓士杰

解放军第163医院 医学影像科，湖南长沙 410003

PET/MR显像仪的原理及临床应用

杨明方，胡罗健，邓士杰

解放军第163医院 医学影像科，湖南长沙 410003

本文介绍了正电子发射计算机断层（PET）基本原理及其与MRI的融合技术及特点，并综过了目前开展的临床应用及研究。

PET；MRI；图像融合；临床应用

正电子发射计算机断层扫描（Positron Emission Tomography，PET）经过近半个世纪的发展，已取得了长足的进步，它是利用示踪原理和正电子符合探测技术，在组织细胞、亚细胞、分子水平显示人体组织器官的功能改变、细胞代谢、分子结合与信息传递等生物学特征和生化代谢过程[1]。PET显像仪与CT或MR组合，克服了自身图像解剖结构不清晰的缺陷，能理精确地提供被扫描组织或器官的解剖结构及功能数据，从而得出最有效的治疗方案。

1 PET基本原理

目前，国内绝大多数PET使用18F-脱氧葡萄糖（18F-FDG）作为示踪剂，18F-FDG是葡萄糖类似物，静脉注射18F-FDG后，在葡萄糖转运蛋白的帮助下通过细胞膜进入细胞，并在己糖激酶作用下磷酸化，形成不能进一步代谢的物质，且滞留在细胞内数小时。在核素衰变过程中，正电子从原子核内放出后很快与自由电子碰撞湮灭，转化成一对方向相反，能量为511KeV的γ光子。如果在这对光子飞行方向上对置一对探测器，便可以几乎在同时接收到这两个光子，并可推定正电子发射点在两个探测器之间的连线上。如果环绕360°排列多组配对探测器，便可以得到多对探测器连线上的一维信息，将这些信号向中心点反投影，便可得到某个断层面示踪剂分布图像。实际应用中，常采用多层排列的配对探测器，便于探测并重建多层面图像。

2 PET/MR工作原理及特点

PET图像揭示人体内部的分子代谢活动，但是图像解剖结构不清楚。而MR（特别是高分辨的MR）可清晰显示人体组织的解剖结构，当PET图像与MR图像进行融合后，可以从根本上解决PET图像显示解剖结构不清楚的缺陷，将检测部位的生化信息、功能信息和解剖结构信息同时显示在一张图像上对比诊断，大大提升了PET显像的临床应用效果。

PET/MR显像仪解决的主要临床问题是PET/CT的有害放射损伤，并提供高质量的分子影像图像，以及与组织分子结构、分子代谢和功能代谢相关的图像，如T1、T2、DWI（弥散成像）和正电子发射图像。

MR与CT比较，主要有以下特点[2]：

（1）MR不产生射线辐射，病人检查安全性好；

（2）MR不必注射可能对肾脏有损害的碘化造影剂；

（3）MR有更好的软组织显像，因此，在神经、骨骼肌肉、心脏和肿瘤诊断中有一定优势；

（4）MR还具有具技术功能，如血管造影，功能MR、弥散和灌注显像等。

3 PET/MR图像融合技术

目前，PET与MR的图像融合大多数是通过融合软件将PET与MR独立产生的两种图像注册、配准进行数字化融合。用此方法需小心控制两种装置扫描人体时的体位，且易受人体内部器官移位、图像时间不一致、配准的准确性较差等因素的影响[3]。据报道[4]，近年来西门子医疗推出了“全球首台MR PET”——实现同步采集的全身分子影像MR系统，它可以实现“共同编码的准确性，没有功能相关性，没有运动校正，双倍的采集时间”，是一台具备PET内核的全身MR成像系统。PET/MR一体机出现后，其应用范围将更优于目前的软件融合，除肿瘤性疾病外，在神经病学研究、脑枉死和新兴的干细胞治疗的研究中也有很大潜力。MR与PET一体机将是未来的发展方向。

4 PET/MR的临床应用

4.1 全身肿瘤的诊断

由于大多数肿瘤具有高代谢的特征，故PET对肿瘤的诊断具有较高的灵敏性、特异性及准确性。代谢显像是早期诊断恶性肿瘤的最灵敏的方法之一[5]。

4.1.1 肿瘤早期诊断及分期

肿瘤组织中普遍存在着细胞快速增生、细胞膜葡萄糖载体增多和细胞内磷酸化酶的活性增高等生物学特征，使得肿瘤内的糖醇解代谢明显增加。使用18F-FDG作为示踪剂，它可以进入人体几乎所有类型的肿瘤内代谢显像，一般说来，肿瘤恶性程度越高，18F-FDG摄取越明显，利用这个特点，不仅可以早期发现和确定恶性肿瘤原发灶的部位、大小、范围，还可以评估肿瘤的恶性程度及分期[6]。

4.1.2 疗效评估与监测

肿瘤恶性程度与其代谢活性成正比，治疗是否有效要看肿瘤代谢活性有无降低以及降低的程度[7]。在肿瘤的放、化疗过程中，肿瘤细胞代谢活性的降低远远早于肿瘤本身体积的缩小，因此，PET/MR对于放、化早期疗效评定具有绝对的优势。

4.1.3 帮助指导活检、放疗以及肿瘤手术定位

临床中常有一些疑难病例需要通过穿刺活检明确诊断，或者是明确肿瘤的实际区域大小进行放疗，通过PET/MR检查可选择FDG摄取高的区域进行相应的处理，可提高活检效率和放疗效果。

在肿瘤外科手术中，PET/MR可以提供明确的肿瘤定位以及有无远处转移等，对手术治疗有极大的帮助。

4.2 神经系统疾病的诊断

4.2.1 癫痫

癫痫是一组以神经元异常放电所致的发作性脑功能障碍为特征的临床综合征，同时伴有脑血流、代谢及神经递质等一系列生理生化改变，发作间期脑局部18F-FDG代谢减低，发作期代谢增高，PET/MR显像仪能灵敏地探测到功能性癫痫病灶，为下一步治疗该病提供了可能。

4.2.2 脑血管性疾病

PET/MR可对脑缺血性疾病进行早期诊断，其通过脑血流灌注和脑血容量测定反映脑血流和血脑屏障的破坏情况，并检测脑血流的通透性。

4.2.3 脑损伤后脑代谢状况评估

PET/MR对脑损伤不但有特异性，可检出一般影像检查易漏诊的小血肿，而且对脑损伤后（如植物人）进行脑代谢状况评估，判断是否有脑死亡，对治疗及唤醒意义重大。

4.2.4 吸毒成瘾评估及戒毒治疗

近年来吸毒成瘾被认为是一种慢性脑病，PET/MR对吸毒成瘾者进行脑部扫描，可从分子学水平观测脑内细胞代谢情况并进行定位。戒断期无皮质及核团异常放射性浓聚病灶；而在渴求期，脑内的异常放射性浓聚部位表示高代谢状态，如杏仁核、前额叶皮质、伏隔核等部位的高兴奋状态可以确定脑内的药物奖赏中枢。理论上，将该药物奖赏中枢进行手术或放疗使其兴奋性降低，可以达到治疗目的。

4.2.5 痴呆

痴呆是一种以慢性、获得性、进行性智能损害为特点的神经变性疾病，神经病理检查证实，大部分痴呆的基础是神经元的丢失或神经纤维的改变[6]。而脑功能所需能量的98%以上由葡萄糖供应，所以，18F-FDG PET/MR显像对痴呆的异常改变相当敏感。

4.3 心血管系统疾病的诊断

4.3.1 冠心病的诊断

相对于传统的“金标准”冠状动脉造影技术而言，PET心肌显像诊断冠状动脉病变是无创性的，具有很高灵敏度和特异性[8]。临床常把13N-NH3作为心肌血流显像剂，心肌对其摄取快，排泄迟，血浆清除率较快可得到对比度和图像质量较高的图像[9]。临床常用“心脏药物负荷实验＋静息心肌灌注法”来诊断冠心病。众多研究结果显示[10]，PET在探测冠心病方面比SPECT更加灵敏。

4.3.2 心肌存活性评估

18F标记的脱氧葡萄糖主要反映心肌的脂肪酸葡萄糖代谢，心肌PET灌注-代谢显像是目前评估心肌存活最可靠的方法，被用作比较其他检测心肌活力方法的“金标准”[11]。心肌在缺血缺氧的条件下，对葡萄糖的利用增加，以维持心肌细胞的基本代谢需要，因此，代谢活动存在标志心肌存活；此外，一定量的血流是代谢得以维持的基础，因此反映心肌血流的灌注显像也可以间接反应心肌活力[8]，诊断心肌是否存活对进一步治疗心肌梗死十分关键。

4.4 高端的健康体检

目前，随着生活水平的不断提高，人们也开始越来越关注自己的身体健康状况。人们总是希望有一种设备，能够低辐射，无创地提供尽可能多的人体健康信息，PET/MR以其独特的优势，正在引起人们的广泛关注，尽管目前其检查费用相对比较高，但还是有越来越多的人加入它的应用行列。

[1] 朱虹,罗岚.PET/CT正电子成像新技术[J].中国医疗器械信息,2009,15(9):10-13．

[2] 王辉.PET/MRI的进展[J].中国医疗器械信息,2009,15(9):9,70.

[3] 胡峻.PET/CT图像融合技术及其临床应用[J].医疗装备,2005,19(3):26-27.

[4] 陈香,赵军,赵晋华.PET-MRI:值得期待的分子影像未来[J].国际放射医学核医学杂志,2008,32(7):196-201.

[5] 张祖进,李辉,郭召平,等.PET/CT的技术性能及临床应用[J].医疗卫生装备, 2007,28(10):59-62.

[6] 陈翼,马黎明.PET显像仪的类型及临床应用[J].医学影像学杂志,2006,16(2):202-204.

[7] 杨星,张林,李丽琴,等.PET与CT、MRI图像融合在肿瘤诊断中的应用[J].中国CT和MRI杂志,2006,4(2):57-59.

[8] 王蜀燕,曾建华,张雪林.PET在冠心病方面的应用[J].放射学实践,2002,17(3):208-210.

[9] 张光明,朱汇庆.冠心病无创性检查的研究进展[J].中国医学计算机成像杂志,2010,16(6):544-547.

[10] 魏红星.PET/CT在冠心病诊断领域的应用[J].医学研究杂志,2006,35(9):86-88.

[11] 朱海云,王莉,田建明,等.MRI检测活性心肌及其与冠状动脉造影、SPECT和PET对比研究[J].中国医学影像技

Principle and Application of PET/MRI Apparatus

YANG Ming-fang, HU Luo-jian,DENG Shi-jie
Medical Imaging Department, The 163rd Hospital of PLA., Changsha Hunan 410003, China

Introduce the physical principle of PET and the technologies and characteristics of the modality of MRI and PET's images, summarize the applications and studies in clinia at present.

PET; MRI; imagy modality; the clinic application

R817；R814.42

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.01.026

1674-1633(2012)01-0080-02

2011-07-20

作者邮箱：csymf@sohu.com