PET/CT的技术发展趋势

杨星，贾峰涛，任庆余

白求恩国际和平医院 核医学科PET中心，河北 石家庄 050082

PET/CT的技术发展趋势

杨星，贾峰涛，任庆余

白求恩国际和平医院 核医学科PET中心，河北 石家庄 050082

目前，PET/CT是最先进的分子影像设备，具有很高的临床应用价值。本文从采集方式、晶体技术、CT技术、图像重建、图像融合等方面介绍了PET/CT技术的发展状况及其未来发展趋势。[关键词] PET/CT；分子显像设备；图像融合

20世纪70年代正电子发射型计算机断层扫描仪（positron emission tomography，PET）研制成功并逐渐投入临床使用[1]，使影像诊断设备发生了革命性的进步。PET图像显示人体内部分子代谢活动，是当时最先进的分子显像设备，它实现了活体分子功能代谢显像，为肿瘤等疾病的早期诊断提供了非常有效的手段[2-3]。但传统PET设备因其不能提供足够清楚的解剖结构图像而产生病灶精确定位困难等问题，于是厂家在工作站内安装了与CT扫描的图像进行异机的图像融合软件以解决上述问题。随着临床需求的不断增加和技术的快速发展，1998年PET/CT问世了，它将PET和CT安装在同一个机架内，尽管分别在各自的计算机系统进行数据采集和图像重建，但受检者一次完成PET和CT检查，实现了同机图像融合[4-6]。

目前，PET/CT各种技术的发展突飞猛进，以追求更快的采集速度和更高的图像质量。本文就从采集方式、晶体技术、CT技术、图像重建、图像融合等方面进行简要介绍。

1 采集方式

在传统的PET/CT中，一般采用2D模式采集。2D采集时探头环与环之间放置了铅或钨等材料做成的隔离片，主要是为了防止轴向视野上发生错环符合事件，由于铅栅的阻隔，有相当一部分的符合事件被阻挡，造成了系统灵敏度的不足。随着电子准直技术的应用，PET省去了笨重的铅栅，实现了真正意义上的3D采集。电子准直是利用湮灭辐射产生在一条直线上，对方向相反的两个γ光子，用两个相对探测器来确定闪烁点位置的一种方法，它的应用使得探测器轴向视野明显增大，采集信息明显增多。应用3D采集模式后，灵敏度是原来2D采集的10倍以上，大大节省了采集时间[7]。

2 晶体技术

晶体的作用是将湮灭辐射发生的光子转换为可见光，并通过光电倍增管转换为电信号，晶体的选择决定了PET/ CT的时间分辨率，更决定了PET/CT的采集速度。晶体的性能是由它的密度、原子序数、能量分辨率、光输出量和衰减时间来决定的[8]。早期的PET一般采用碘化钠（NaI）晶体和锗酸铋（BGO）晶体，到了后期逐步选用有硅酸钆（GSO）晶体和硅酸镥（LSO）晶体、硅酸镥铱（LYSO）晶体和最近发布的基于镥元素的混合（LBS）晶体。

表1 列出了前4种晶体的性能指标。

表1 PET晶体性能指标

3 CT技术

CT技术的发展从1972年第一代CT诞生已经发展到了第五代技术，由单层螺旋CT发展到了320层甚至更高层，扫描速度由300s/幅提高到了0.4s/幅，空间分辨率由1mm提高到了0.3mm。而PET-CT中的CT部分也采用了高灵敏度半导体探测器、大热容量球管等技术，大大提高了PET/CT的性能。现在已经有厂家在追求低剂量、高品质CT，辐射剂量比常规可减少80%，空间分辨率可以提高35%～50%[9-10]。

4 图像重建

图像重建是指将PET采集到的信息通过一定的计算方法重新建立诊断用图像的关键技术。

早期的PET一般采用滤波反投影法（filtered back projection，FBP），它属于解析变换方法。其优点是计算过程简单，重建速度较快，易于临床实现，缺点是得到的PET图像噪声较高，分辨率和定位精度较差。

有序子集最大期望值法（ordered subsets expectation maximization，OSEM），其基本思路是将全部投影数据划分为多个子集，每使用一个子集的数据全部像素则被更新一次，所有子集轮流使用一遍完成一次迭代。这种重建方法的优点是能够更好的消除伪影，可更好的进行空间分辨率不均匀性的校正、物体几何形状约束、平滑性约束等控制迭代操作。

传统的PET图像由于受到探测器深度的影响，视野中心的图像清晰，而距离中心越远，图像则越模糊，高清技术（High Distinction，HD）能提高图像的清晰度。这项技术是在快速晶体LSO以及超高速电子线路的基础上应用了点扩散函数（point spread function，PSF）。点扩散函数用于描述一个图像系统对于一个点源或点物体的响应。在传统PET技术中，如果光子来自视野中心，则响应线就可以准确的落在光子所进入的晶体上，如果光子离中心越远，则响应线位置的计算就越不准确，图像就越模糊。HD技术整合了数百万个精确测量的点扩散函数并将响应线与它们的真实几何位置准确对位，使得整个视野内部都可以提供更清晰的图像，同时也可以提供微小病灶的清晰影像。

飞行时间技术（Time of Flight，TOF）于20世纪60年代提出，在20世纪80年代成熟，是PET技术主要发展方向之一。核医学之父Wagner教授曾经指出：“TOF PET已经成为PET未来发展的方向”。TOF是通过测定正电子湮灭时发出的一对光子到达探测器时间的不同而直接计算出湮灭发生的具体位置。具体而言，一台时间分辨率在500ps的TOF-PET，它的正电子闪烁事件定位精度可以在7.43cm以内，而传统技术是70cm内，从而极大的降低了图像的噪声水平，这样通过图像的信噪比的提高达到改善图像质量的效果[11]。目前，TOF技术无法提高PET的分辨率，也无法解决远离视野中心图像分辨率下降的问题，但是它能够提高图像对比度，从而改善大体重患者PET图像的质量[12]。TOF技术还可以显著减少采集计数的丢失，提高系统灵敏度，减少患者的注射药量，从而降低对受检者的辐射剂量。

TOF技术的发展，使得用于临床和研究中的PET设备已经从技术上划分为不带TOF功能的PET和具有TOF功能的PET两种类型。TOF技术的发展，对影响其发展的晶体要求也越来越高，因此快速采集晶体的发展已是必然趋势。目前TOF-PET的系统时间分辨率一般在500ps，对正电子的定位精度已经可以达到7cm，衰减时间短的LSO晶体和LYSO晶体越来越受到青睐。如果采用LaBr3（溴化镧）晶体，TOF-PET的系统时间分辨率可以达到300ps以内，那么正电子的定位精度将更小，图像质量和扫描速度将会得到进一步提升。理论上，TOF-PET的系统时间分辨率达到20ps，晶体切割合理，正电子的定位精度将可以达到3mm，PET将彻底去除图像重建的需要。

5 图像融合

PET/CT是PET和CT两种扫描方式的融合，其图像的生成是通过软件将PET和CT独立产生的两种图像配准进行融合得到的。虽然两次扫描在同一检查床上完成，但图像融合的精度仍然受到扫描床的位移、人体器官的位移等因素影响。

由于PET和CT的检查床板伸出的长度不一致，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，从而影响对位的精度。为了尽量减小扫描床位移所造成的影响，有的公司采用了双层搁板托架技术，有的采用了底座驱动单支点悬臂式技术，有的采用了双位抽屉技术，都极大降低了两种检查扫描床位移引起的对图像融合精度的影响。

常规CT扫描一般要求受检者屏气，扫描周期一般为秒级，而PET扫描允许受检者保持平稳呼吸，扫描周期为分钟级。这样由于呼吸运动使得受检者脏器位移十分明显，对融合精度的影响也最大，许多厂家都采用了多门控、多时相技术来解决这一问题。Motion Free技术能够为临床提供全身扫描的多门控、多时相、多床位的采集模式和处理方法，它是通过呼吸门控触发器提供的信息为标志，使得PET与CT的图像到达更完美的匹配。该技术让病人能够在平稳呼吸运动下获得精确的融合图像，提高SUV准确性，去除伪影。

图像融合技术的真正突破有赖于PET/CT机架一体同机融合[13]。目前，PET/CT虽然都叫机架一体，但实际上PET和CT依旧是分开的，并没有达到共同的探测器、共同的旋转平台，以及共同的计算机系统。而半导体探测器具有高的固有灵敏度、分辨率，可以同时实现X射线和γ射线共同成像，因此代表了PET探测器新的发展方向。随着碲化镉（CdTe）探测器等各种半导体探测器的研究发展和应用，可以直接利用这种技术开发X射线+γ射线的新型探测器[14]，直接达到PET和CT同时采集，同时处理，实现真正意义上完全同步采集处理，彻底解决因为采集时差和位差带来的图像伪影等问题。

[1] 李少林,王荣福.核医学[M].7版.北京:人民卫生出版社,2008.

[2] BockischA,BeyerT,AntochG,et al.Principles of PET/CT and clinical application[J].Radiology,2004,44(11):104.

[3] KapoorV,McCookBM.A introduction to PET/CT imaging [J]. Radiographics, 2004,24(2):523-543.

[4] Townsend DW,Carney JP,Yap JT.PET/CT today and tomorrow[J].J Nuel Med,2004,45(1):4-14.

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[6] 吴文凯.正电子发射成像仪的进展[J].现代医学影像,2004,2(6): 29-33.

[7] 田嘉禾.PET、PET-CT诊断学[M].北京:化学工业出版社医学出版分社,2007.

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[9] 毛树伟,和耐秋,刘俊明,等.浅谈CT技术的发展与应用[J].医疗设备信息,2005,20(8):33-34.

[10] 刘勇.CT技术的发展[J].中国计量,2005,11(7):23-25.

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[13] 李立伟.PET/CT技术与综合影像诊断[J].中华核医学杂志,2003,26(6):25-28.

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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

作者邮箱：jazz_jiaft@sina.com