PET/CT设备的研究进展

杨星，贾峰涛，任庆余

中国人民解放军白求恩国际和平医院 核医学科/PET中心，河北 石家庄 050082

PET/CT设备的研究进展

杨星，贾峰涛，任庆余

中国人民解放军白求恩国际和平医院 核医学科/PET中心，河北 石家庄 050082

本文介绍了PET/CT设备的工作原理、发展现状及其在肿瘤疾病、心血管疾病、神经系统疾病等中的应用现状，并指出了PET/CT设备的发展方向。

PET/CT；分子显像；图像融合；探测器

正电子发射型计算机断层扫描（Positron Emission Tomography，PET）利用正电子标记的葡萄糖等人体代谢所必需的物质为示踪剂，以解剖图像方式从分子水平显示机体及病灶组织细胞的代谢情况，为临床提供更多的诊断信息，因此，又称之为分子显像或生物化学显像。其显像原理是利用回旋加速器产生加速带电粒子，轰击靶物质，通过核反应产生正电子放射性核素（如11C、13N、15O、18F等），并合成相应的示踪剂。这些示踪剂进入人体后，放射性核素在衰变过程中发射正电子，在组织中运行很短距离后发生湮没辐射，发射出方向相反、能量相等（511 keV）的2个光子。PET仪采用一系列成对的互成180°排列并与符合线路相连的探测器来探测湮没辐射光子，从而获得断层图像，显示病变的位置、形态、大小和代谢功能，对疾病进行诊断。PET仪的应用使核医学迈入了分子医学时代。

1 PET/CT设备的发展现状

1.1 概述

20世纪70年代，PET仪被研制成功并逐渐投入到临床，最终得到广泛地应用，这使得影像诊断设备有了革命性的进展。作为当时最先进的分子影像设备，PET仪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。但传统PET仪本身分辨率较低，不能提供足够清晰的解剖结构图像，因此在临床应用中受到了一定的限制。而CT设备的分辨率较高，能提供清晰的解剖图像，于是厂家在工作站内安装了能够与CT扫描图像进行异机图像融合的软件，成功地解决了上述问题。随着临床需求的不断增加和技术的快速发展，1998年PET/ CT设备问世，他们通过串联的方式将PET仪和CT设备安装在同一机架内，可1次完成受检者的PET和CT检查，并分别在各自的计算机系统中进行数据采集和图像重建，实现同机图像融合[1]。

1.2 发展现状

PET/CT设备最初出现于1998年，2000年第1台PET/CT设备在美国开始应用于临床，到现在PET/CT设备已经发展到64排（128层），扫描速度更快，一般10 min就可以扫描完受检者。其CT球管采用了直接冷却技术，因此机架的旋转速度可以达到0.33 周/ s，使得PET/CT设备在心脏检查方面的优势更加明显[2]。

目前PET/CT设备主要由德国西门子、荷兰飞利浦和美国通用等公司生产。在国内，大基医疗、上海联影医疗科技有限公司等也研制了具有自主知识产权的PET/CT设备，并已经取得相关资质，将于近期将其产品推向市场。

西门子公司生产的PET/CT设备主要型号为Biograph系列。其PET探头采用整环探头,探测器晶体主要采用硅酸镥（LSO）晶体；CT设备和PET仪位于同一机架上，PET扫描孔径从原来的60 cm增大到现在的78 cm,有利于放疗定位检查床进入；PET图像矩阵也由原来的128×128发展到了512×512，与CT图像矩阵保持一致，更好地实现了PET与CT的图像融合精度。另外，PET采集环数达到了最高的52环，使得其轴向视野扩展至21.6 cm，极大地提升了扫描速度，提高了图像质量，降低了受检者的辐射剂量。其CT部分采用水冷系统，故采用的是0 M热容量球管。

GE公司生产的PET/CT设备主要型号为Discovery系列。PET探头采用的也是整环探头,探测器晶体最早主要采用锗酸铋（BGO）晶体，现在则采用的是基于镥元素的LBS复合晶体。GE公司产品的探测器最小探测单元是Block，由晶体和光电倍增管组成，Block设计在飞行时间技术（TOF）应用中发挥着巨大的作用，其探测器最多达到了256个探测单元。

Philips公司的PET/CT设备称为Gemini,选用基于GSO晶体的Allegro型PET仪，配以多排CT组成。现在Philips公司采用了硅酸镥钇（LYSO）晶体，更适合TOF技术的应用[3]。其PET仪与CT设备分体设计，二者不在同一机架内。这种开放式设计有效地减少了受检者的幽闭恐惧感,并有利于操作者在检查过程中接近病人，以便进行其他操作,如CT指导下活检等。其PET探测部分的设计不同于其他厂家,采用专有的Pixelar技术,即晶体后面通过连续的光导材料与紧密排列的六边形光电倍增管相连,对于每个事件有7个光电倍增管来确定其位置和能量,从而更有效地利用了光电倍增管。采集过程中，重叠床位比较多，采集时间虽然较长,但能更有效地采集信息,提高图像质量。

2 PET/CT设备的应用现状

PET/CT设备目前在临床上主要应用于肿瘤疾病、心血管疾病和神经系统疾病等的治疗，其在这些方面的应用价值已经得到了充分地肯定。

2.1 PET/CT设备在肿瘤疾病中的应用

由于大多数肿瘤都具有高代谢的特征，因此临床上恶性肿瘤在PET/CT上的表现多为局部氟代脱氧葡萄糖（18F-Fluorodeoxyglucose，18F-FDG）摄取增高[4]，标准摄取值（Standard Uptake Value, SUV）增高[5]。根据这个特点就可以早期发现和确定良恶性肿瘤。

临床上主要依据肿瘤分期、是否原发及肿瘤扩散程度等对肿瘤进行治疗。PET/CT设备通过1次检查就可以获得患者的全身三维显像，这样就可以对全身各个脏器的肿瘤原发灶及肿瘤转移情况进行分析，从而对肿瘤的临床分期进行判断[6]。同时还可以对肿瘤经过放化疗以后的情况如放射性坏死、肿瘤残存组织复发等进行分析判断[7-9]。

PET/CT设备还在肿瘤手术的放疗定位方面有着极其重要的作用。在肿瘤外科手术中，PET/CT可以提供明确的肿瘤解剖定位及转移等信息，对手术治疗提供了极大的帮助。肿瘤放疗计划的制定主要依赖于CT提供的解剖图像信息，但CT不能准确判断肿瘤周围的炎性病灶，对于肿瘤复发与放疗反应也不能准确识别[10-11]。而PET/CT功能显像可以从代谢显像方面排除这些情况，避免正常组织受到不必要的照射，同时在最大程度上保证肿瘤复发及转移灶得到及时准确的治疗。

2.2 PET/CT设备在心血管疾病中的应用

PET/CT设备利用13N-NH3·H2O显像剂，可以反映心肌血流灌注情况，实现冠心病的早期诊断；利用18F-FDG可以直接反映心肌的脂肪酸葡萄糖代谢情况，判断心肌是否存活[12]。这2种方法在诊断心肌存活方面的灵敏度高达98%，特异度为100%，已经成为判断心肌是否存活的“金标准”[13-14]。

2.3 PET/CT设备在神经系统疾病中的应用

PET/CT设备利用18F-DOPA显像剂，在帕金森氏病早期可以观察到患者基底神经节的摄取明显降低，从而对帕金森氏病进行早期诊断与治疗[15]。其利用18F-FDG在癫痫灶的定位方面也有着较高的特异性：癫痫病灶在发作的时候，能量消耗大大增加，18F-FDG摄取明显增高，与正常脑组织有着显著差别，因此，PET/CT设备在癫痫灶的诊断方面有着重大意义。另外，PET/CT设备在吸毒成瘾评估及戒毒治疗等方面也有着较为广泛的应用。

2.4 PET/CT设备在其他方面的应用

随着人民生活水平的不断提高，健康以及亚健康的人群越来越多地选择应用PET/CT设备进行体检。PET/CT设备无创且能尽可能多地提供人体健康信息，在医学查体方面也有着广泛的应用。

3 讨论

PET/CT设备根据自身的特性，不仅能够提供核医学的功能图像，还能够提供清晰的解剖图像，为临床诊断提供了既能定量又能定性的准确诊断信息[16]。经过多年的发展，PET/CT设备在很多方面已经取得了长足的进步，如能提高图像清晰度的高清技术（High Distinction，HD），其在LSO快速晶体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）。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他们的真实几何位置准确对位，使得在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。又如飞行时间技术（Time of Flight，TOF），可通过测定正电子湮灭时发出的1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。TOF技术能够显著提高图像对比度，从而改善大体重患者PET图像的质量，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，从而降低受检者的辐射剂量。

4 展望

PET/CT设备表面上看上去是机架一体，但实际上PET仪和CT设备是各自独立的，并没有使用共同的探测器、共同的旋转平台以及共同的计算机系统等。半导体探测器具有高固有灵敏度、分辨率，可以同时实现X射线和γ射线共同成像，代表着PET/CT设备的发展方向。随着CdTe（碲化镉）探测器等多种半导体探测器的研究、开发和应用，我们可以直接利用这种技术研制新型探测器，实现X射线与γ射线的同时采集，从而使PET仪与CT设备能够同时进行图像采集和图像处理，实现真正意义上的同步，彻底解决因采集时差和位差带来的图像伪影等问题。

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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

作者邮箱：jazz_jiaft@sina.com