核素发射式计算机断层显像在临床中的应用及发展



·综述·

核素发射式计算机断层显像在临床中的应用及发展

穆东，魏小刚(综述)，张元莉，朱磊(审校)(河北省石家庄市第一医院心血管二科，河北 石家庄 050011)

[关键词]体层摄影术,发射型计算机；图像处理；综述文献

doi:10.3969/j.issn.1007-3205.2016.03.035

功能影像及解剖影像的融合是影像医学的发展趋势。现就核素发射式计算机断层在临床中的应用及发展进行综述，旨在为临床诊断、制定治疗计划、评价疗效及随访提供更有价值的医学信息。

1概述

医学图像所提供的信息可分为解剖结构图像和功能图像[1]，在医学影像技术发展中，每种影像技术都有其优点和缺点,但它们共同的发展要求是：将解剖图像和功能图像相结合，然后才能为临床诊断、制定治疗计划、评价疗效及随访提供更有意义的医学信息。单光子发射计算机断层扫描技术(emission computed tomography,ECT)是医学影像技术中的重要组成部分。最初，核医学领域广泛使用的成像仪器是伽马照相机,1950年建立了晶体井型计数仪，20世纪90年代 ECT与X射线透射型计算机断层技术(transmission computed tomography，TCT)同时问世。医用核素仪器是一类通过检测引入人体内的放射性核素及其标记化合物，即放射性药物在不同脏器和(或)病变组织的摄取和清除程度，显示脏器和病变组织的形态、血供、功能、代谢、免疫特性、递质浓度和受体密度的放射性显像仪器和检测体外待测物质含量的非放射性显像仪器[2]。ECT的迅猛发展成为核医学现代化的重要标志之一。目前最具有代表性的是正电子发射断层成像技术(positron emission tomography,PET)和单光子发射计算机断层成像技术(single photon emission computed tomography，SPECT)。

2多功能ECT系统的临床应用价值

ECT的最大优势在于它能将功能图像和解剖图像完美地结合在一起，目前，它在临床上主要应用于以下几方面。

2.1肿瘤ECT已经在肿瘤的诊断、定位等方面得到了广泛应用。理论上ECT使用的示踪剂可以在恶性肿瘤或其转移灶所在部位异常浓聚，因此恶性肿瘤多表现为局部示踪剂摄取增高，根据各种放射性示踪剂之间的半衰期、药代动力学以及生物学分布的内在差异，通过时间放射性活度-曲线计算 并提取各种示踪剂的信号[3]，利用这点可以在肿瘤辅助检查、诊断、定位等方面得到丰富的信息，从而作出较为准确的诊断和精确的定位。但临床实际操作中可见示踪剂同时被人体的某些正常组织和器官摄取，造成部分良性肿瘤、炎症也表现为局部摄取增高，给诊断带来了很大的困难。此时借助ECT中CT图像融合技术，可以精确地对病灶解剖学定位，分辨示踪剂的正常分布、生理变异或异常浓聚，从而最大程度地实现对病灶的诊断与鉴别诊断，且可以依据肿瘤转移灶的位置、数量作出较准确的分期诊断，制定正确的治疗方案。其中18F-脱氧葡萄糖(18F-fluorodexoxy glucose,18-FDG)PET/CT已经被应用于淋巴瘤的分期、疗效评估和预后判定达10年之久[4]，指导临床确定精细的手术范围，或确定放疗的范围和剂量。

另外，ECT对肿瘤区域定位后可以同时观察淋巴结对放射性显像剂的摄取程度，判断淋巴结是否发生转移[5]。ECT融合图像对于判断肿瘤是否复发，也优于任何一种单独的检查，同时可用来监测肿瘤的治疗效果。ECT融合技术也用来计算肿瘤放疗后的内照射辐射剂量，从而判断辐射剂量是否合适。Feigen等[5]分析指出的精确治愈剂量而使周围组织和器官接受的剂量最小，ECT能从代谢、血流、组织增生、缺氧、肿瘤特异性受体、血管生成、凋亡等多方面实现肿瘤靶区的定位，有助于避免正常组织和邻近重要器官受到多余的照射，可以更加有针对性地指导放疗计划的实施。

2.2心脏疾病冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称冠心病)可以引起心肌缺血性改变和不同程度的功能损伤，有很高的发病率、住院率和病死率，严重威胁着现代人的健康。冠状动脉造影检查是目前临床上公认的诊断冠心病较为可靠的方式，其已被誉为诊断冠心病的“金标准”[6]，但它存在技术、设备条件、有创检查风险等诸多因素的制约。99Tcm-MIBI心肌血流灌注显像是目前临床上已广泛应用的较为理想的诊断冠心病无创性方法[7]。当放射性药物进入冠状动脉后，能被正常的心肌细胞选择性摄取，摄取的量与冠状动脉血流量成正比。当出现冠状动脉狭窄或阻塞时，冠状动脉血流量减少,心肌细胞也会出现损伤，这时心肌摄取放射性药物的功能会减退，甚至不能摄取，因此 ECT可以同时显示心肌的代谢情况和血流情况，用来确定心肌是否缺血及缺血部位及范围，检测心肌是否存活，显示室壁运动及收缩功能。有文献报道，ECT诊断冠心病的灵敏度可达91%，特异度高达93%，准确度为91%[8]。ECT诊断冠心病的准确度高于心电图，与运动平板相似，结果阴性者可基本排除冠心病，结果阳性者可根据心肌血流分布、灌注量的异常推断出哪支或哪几支冠状动脉发生病变，以此作为冠状动脉造影检查前的筛选方法。

2.3其他疾病ECT骨显像被广泛应用于临床。骨是许多病变的好发部位，ECT利用其与CT的融合图像，可进行阳性病灶解剖定位，从而确定骨髓炎等疾病的病变范围，帮助临床制定治疗计划及观测治疗效果。骨转移瘤是骨骼最常见的恶性肿瘤，临床上约有70%的恶性肿瘤可累及骨骼。ECT全身显像为功能性显像法，较其他影像学检查方法可提前3～6个月作出诊断[9]。ECT全身骨显像可用于评价骨转移瘤，灵敏度非常高，且无绝对禁忌，可发现平面骨显像中易被忽视的小的溶骨性病变或隐蔽性病灶。另外，ECT可以准确显示骨代谢，可发现骨质增生、小关节的退行性改变或其导致的一些继发性改变，临床上也用来诊断代谢性骨病。

脑卒中是目前世界范围内第2大主要致死性疾病，在欧美国家是成年人主要的致残性疾病[10]。ECT在脑血管病的诊断、治疗上也有应用。脑血流灌注在脑组织的营养、能量供给和代谢上具有重要的作用，测定脑血流可以早期诊断、治疗脑血管疾病，减少致残率、病死率。ECT的显影剂经静脉注射后，可以通过血脑屏障进入脑细胞，其进入脑细胞的量与局部脑血流成正比，并且在较长时间内无再分布，经断层显像分析，就可以得到脑各部位局部血流灌注显像图，由此可以计算出局部脑血流量，定量、分析脑组织中某一个区域的脑血流灌注功能。在脑部疾病和精神活动障碍疾病的早期诊断、治疗方法的选择及预后评价等方面，尤其在脑卒中及癫痫病灶的定位方面，ECT的定位率优于CT和MRI。SPECT在短暂性脑缺血发作、腔隙性脑梗死等患者的缺血灶检出方面较MRI更灵敏，而在大面积梗死灶方面与MRI差异无统计学意义，SPECT和MRI明显较CT的阳性预测价值和阴性预测价值更高[11]。

3ECT发展进展与存在的问题

ECT技术不断向前发展，它集核物理、放射化学、医学影像学、分子生物学技术之大成，用解剖形态方式对病灶进行功能、代谢和受体显像，已经在肿瘤学、心脏病学、神经学等多个方面得到了广泛应用。进入21世纪，多模态(multiple modality)显像技术，如SPECT/CT、PET/CT在核医学临床工作中得到了越来越广泛的应用[12]。

3.1利用F-氟代脱氧葡萄糖(fluorodexoxy glucose，FDG)显像提高了对肿瘤的鉴别能力FDG是一种新的肿瘤显像剂，在临床肿瘤的诊断、分期、治疗等方面得到了广泛应用，它可以与葡萄糖相同转运载体结合后进入细胞,参与葡萄糖代谢，在葡萄糖代谢旺盛组织及细胞内大量积聚,利用良恶性细胞的不同代谢水平来判断肿块性质，检测恶性病灶分期，检出复发的恶性病灶。最早的FDG显像由多环锗酸铋探测器探测，形成的影像不清晰，目前已经开发出SPECT/CT和PET/CT (Hybrid Camera)的混合型机型，双时相显像是核医学SPECT显像中常用的鉴别良恶性肿瘤的手段[13]，大大提高了对肿瘤的诊断及鉴别诊断。

3.2高能准直器的出现高能准直器的出现也是ECT技术的一项发展，目前准直器晶体厚度已由9 mm增加到12.5 mm,可以产生能量为511 keV光子，同时配合使用511 keV高能放射性核素，可以生成不同能量的双同位素图像,增加探测效率。目前已出现多通道平行束准直器[14]，临床上应用比较先进的是狭缝准直器SEPTAL (间隙为10 mm，间隔为40 mm×4 mm)，它配有由锌、铅、铜组成的多层滤波器，可以减少来自视野以外的射线及散射效应，在工作时3 min转一圈采集数据，可以减少放射性衰减。该系统的空间分辨率在空气中可达到半最大值全宽度(full width at half maximum,FWHM) 4.5 mm。大大提高了图像分辨率。

3.3正电子符合图像ECT另一项有重大价值的技术突破是以符合线路测试的方式提高灵敏度和分辨率，基本技术方法是增加时间符合判断电路，是一种无准直器3D体积采集技术。

3.4机型结构的变化目前ECT已研究出可装备多探测器的机型。探测器的增多可以更多角度地采集图像，使灵敏度再一次提高。临床上2、3、4个探头的机型都有应用，也有使用环状探测器的机型。人体的横断面近似为椭圆形,探测器绕人体旋转时的理想轨迹是探测面和人体始终保持最贴近,可以最大限度采集光子、收集图像。早期的ECT探头绕人体旋转的轨迹为圆形，探头旋转时,探头表面到人体表面的距离变化大,使重建图像的分辨率低。现在,由于探头角度的变化，探头绕人体旋转的轨迹改为椭圆。目前临床上应用最好的是双探头ECT，它具有断层成像、快速全身骨扫描等功能，75%使用双探头的ECT可以在90～180 °间任意改变2个探头之间的角度，使图像分辨率提高了1.5～2.5 mm。

3.5图像融合近20年来，随着医学影像技术的发展，ECT图像融合技术已经成为当今核医学的一个主要研究领域，它有效地推动了ECT的发展。医学影像检查分为功能影像检查(核医学影像)和解剖结构影像检查(CT、MRI、X线投照和B超)，功能影像能检查采集的图像分辨率低,尤其缺乏解剖学信息。目前PET/CT将2种不同模态的医学图像进行融合， 实现分子水平的功能成像与解剖成像的融合[15]，并可由CT数值计算软组织及骨骼的衰减系数,对ECT图像进行衰减校正，产生有解剖定位的高质量图像，反映各组织的生理、病理、生化、代谢等功能性变化和体内受体的分布情况，大大提高了诊断的正确率，拓宽了临床应用范围。

3.6图像衰减校正PET/CT(正电子发射计算机断层显像仪)将核医学领域“PET”获得的组织器官功能代谢信息与X线计算机断层显像技术获得的解剖学信息相融合，通过一次检查达到对疾病的“定性”与“定位”，正得到越来越多的临床医生的关注与欢迎[16]。ECT的图像是放射性核素在人体内再分布后探测到的射线所收集形成的。探测到的射线在经过不同组织后，受到人体自身的衰减作用。在实际成像环节中，光子探测器接受到的光子数目也要受衰减和散射的影响。这些都会影响ECT图像的成像质量，而通过衰减校正技术可以有效地解决这个问题。能谱CT单能量技术针对特定组织或病变，可以选取相对于某一背景的最佳观察图像；同时可以去除硬化、金属伪影，充分发挥其薄层、重建等优势[17]。它采集的数据为射线穿过组织的衰减图像数据，利用这些就可以用 CT数据对ECT图像衰减校正，这样既可以使透射扫描时间明显缩短，又可使病灶解剖边界定位准确，且衰减校正后的图像没有畸变。PET/CT的优势之一在于能够直接利用CT图像信息对PET发射数据图像中的γ射线衰减进行校正[18]。未来，将采用X线CT图像进行全能量衰减校正，CT图像融合可以采集足够清晰的解剖图像，而非仅仅是提供一种衰减校正的方法。

3.7其他方面进展探测器实现数字化也是一项进步，目前ECT成像过程中所有光电倍增管的输出都直接加一个模拟/数字(A/D)变换器，信号加工处理也全部以数字方式进行，与以前的模拟信号输出相比有了不小的进步。

近些年，新型探测器也进入实用阶段，这些新型探测器和以往的碘化钠探测器不同，它们由其他类型晶体构成，探测灵敏度更高，最新的有光学玻璃ECT光探测器[19]、碲化镉锌晶体(Cadmium-Zinc-Telluride,CZT)半导体材料探测器。

新型准直器也已经进入临床实用阶段，如多通道平行束准直器、锥束型准直器(Conebeam Collimator)、多焦距汇聚型准直器(Multifocal Converging Collimator)等，这些准直器的出现改变了以往准直器分辨率低于固有分辨率的现象，使整机的系统分辨率明显提高,提高了图像质量。

4小结

在核医学影像设备技术的发展中，每种影像设备技术都会有其优点与缺点，都会面对各种各样的问题。目前，以 PET/CT为代表的临床多模式显像技术已获得突飞猛进的发展，其在功能与解剖结构结合显像方面的重要作用日益突显[20]，作为新兴的一项无创检查方法，尽管仍处在发展阶段，但初步应用已显示出它的优越性，其临床应用前景也已经得到了广泛的认同，尤其适合在中国这样的发展中国家推广使用。

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(本文编辑：刘斯静)

[中图分类号]R814.42

[文献标志码]A

[文章编号]1007-3205(2016)03-0369-04

[作者简介]穆东(1983-)，男，河北石家庄人，河北省石家庄市第一医院主治医师，医学硕士，从事心血管疾病诊治研究。

[基金项目]河北省医学科学研究重点课题(ZD20140131)

[收稿日期]2015-09-22；[修回日期]2015-11-10