姚稚明

衛(wèi)生部北京醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 (北京 100730)

最新PET/CT產(chǎn)品介紹及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

姚稚明

衛(wèi)生部北京醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 (北京 100730)

PET/CT從根本上解決了核醫(yī)學(xué)圖像解剖結(jié)構(gòu)不清楚的缺陷，同時(shí)又采用CT圖像對(duì)核醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行全能量衰減校正，使核醫(yī)學(xué)圖像真正達(dá)到定量的目的并且提高診斷的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了功能圖像和解剖圖像信息的互補(bǔ)。這種一體化機(jī)型將PET掃描儀與CT掃描儀裝配在同一機(jī)架內(nèi)，二者共用同一檢查床，由同一計(jì)算機(jī)工作站控制，在受檢者不動(dòng)的前提下，一次檢查就完成兩項(xiàng)掃描。PET/CT是目前分子顯像最先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)備，可明顯縮短檢查時(shí)間，提高診斷的靈敏度和特異性。PET/CT可同時(shí)提供PET圖像與CT影像，并進(jìn)行真正意義上的圖像融合。

目前最新的PET/CT設(shè)備是將高清HD-PET 平臺(tái)與全球首款自適應(yīng)螺旋CT 平臺(tái)有機(jī)結(jié)合起來，綜合了最新一代PET掃描儀的高靈敏度、高分辨率、高速度和大視野等優(yōu)點(diǎn)與螺旋CT的所有功能，在腫瘤、復(fù)雜病變區(qū)域的精確定性及定位、心腦血管疾病、感染性病灶和動(dòng)脈粥樣硬化活動(dòng)斑塊的檢測(cè)和評(píng)估方面顯示出突出優(yōu)勢(shì)，代表了當(dāng)今國(guó)際醫(yī)學(xué)影像發(fā)展的最高水平。

與既往所有的 PET/CT相比，新型PET/CT具有更快的掃描速度、更大的視野范圍、更少的病人輻射劑量和更強(qiáng)大的病人微小病灶診斷能力。它可在5 分鐘之內(nèi)完成全身PET/CT 掃描，能夠靈活完成日常CT 掃描。這種成像圖像可提供出類拔萃的診斷性能。新型PET/CT具備真正的服務(wù)共享功能，可實(shí)現(xiàn)無與倫比的工作效率，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)獨(dú)特，擁有短腔體、大孔徑和小體積，可為患者帶來更多呵護(hù)和更高舒適度。本文著重介紹最新的PET和CT技術(shù)進(jìn)展，包括PET晶體技術(shù)(LSO，晶體倍增技術(shù))，PET重建技術(shù)(時(shí)間飛行技術(shù)， 高清技術(shù))，視野擴(kuò)大技術(shù)，散射校正技術(shù)，CT球管技術(shù)，CT高分辨技術(shù)，CT實(shí)時(shí)劑量調(diào)制、自適應(yīng)劑量屏蔽技術(shù)，后處理技術(shù)等。

1 PET 的新型閃爍晶體及切割技術(shù)

閃爍晶體的合理選用對(duì)于提高PET 的時(shí)間和空間分辨力有著決定性的作用。因此，為了獲得盡可能高的空間分辨力和時(shí)間分辨力，使用性能更優(yōu)的閃爍晶體材料來制作探測(cè)器是最有效的方法之一。近年來，閃爍晶體材料得到了迅速的發(fā)展，從最早期的NaI(碘化鈉)晶體到BGO(鍺酸鉍)晶體，再到后來的GSO(硅酸釓)，直到目前被業(yè)界廣泛認(rèn)可并接受的LSO(硅酸镥)[1]。

BGO 出現(xiàn)于20 世紀(jì)70 年代早期，曾經(jīng)是PET 使用的主要晶體，但由于其余輝時(shí)間較長(zhǎng)(300ns)，限制了符合時(shí)間分辨率，降低了采集效率[2]。GSO 晶體的一級(jí)余輝時(shí)間為56ns，具有較好的符合時(shí)間分辨率，但是其具有二級(jí)余輝效應(yīng)(600ns)，且該晶體機(jī)加工性能差，易裂，這些極大限制了GSO 應(yīng)用范圍。目前為止，成熟應(yīng)用于商業(yè)設(shè)備的PET閃爍晶體，業(yè)界普遍公認(rèn)LSO 是綜合特性最好的晶體[3]，它的密度和原子序數(shù)都較高，對(duì)γ射線有高的探測(cè)效率,晶體物理性能好，牢固且不吸濕。此外，最重要的是它的余輝時(shí)間僅40 ns(無二級(jí)余輝)，這為PET的快速掃描提供了可能。表1中總結(jié)的是這些晶體的物理參數(shù)。

表1 PET晶體物理性能對(duì)比

LSO晶體的主要優(yōu)勢(shì)是快速掃描，LSO PET/CT全身掃描時(shí)間僅需7～15min，而傳統(tǒng)BGO PET/CT全身掃描時(shí)間約需30min。LSO PET/CT的高病人流通量使得每日可做多至17例全身檢查，明顯提高醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)效益，加快設(shè)備的投資回報(bào)。另一方面，快速的全身掃描使病人受檢時(shí)因身體位移造成圖像質(zhì)量受到影響的因素大大減少，因此明顯提高了診斷的準(zhǔn)確性。LSO PET/CT的快速掃描特別適合于VIP患者、危重患者、兒童患者等不適于長(zhǎng)時(shí)間接受檢查的病人。

新型晶體誕生才得以允許將晶體切割得更小，晶體越小，PET分辨能力越高。高分辨能力提高了病灶檢出率，提高診斷準(zhǔn)確性，是醫(yī)院購置高端設(shè)備首先需要考慮的前提。LSO HI-REZ (晶體倍增)技術(shù)充分利用了LSO 獨(dú)特的閃爍特性優(yōu)勢(shì)，顯著提高了PET的分辨率。LSO HI-REZ技術(shù)所提供的4mm正方形LSO晶體及由此所得到的小體積尺寸都是當(dāng)今無與倫比的，這使得系統(tǒng)的容積分辨率較以前提高了250%。基于該技術(shù)的應(yīng)用，PET/CT具備了超高系統(tǒng)計(jì)數(shù)率、更短的病人掃描時(shí)間、優(yōu)異的體積靈敏度、超高的空間采樣和各向同性的空間分辨率。憑借其對(duì)高分辨的代謝和解剖信息的精確配準(zhǔn)及融合，為臨床醫(yī)生提供了全新的、最有力的診斷工具。

2 PET高分辨率技術(shù)

2007年6月2日至6日在美國(guó)華盛頓舉辦的核醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)(SNM)年會(huì)上，推出了一種新式高分辨率正電子發(fā)射斷層掃描成像(HD-PET)系統(tǒng)。這是一種高分辨率的PET技術(shù)，在整個(gè)視野內(nèi)都可提供更清晰的圖像，能夠提供小病灶的出色影像，具有更大的疾病分期能力和治療準(zhǔn)確度， 能讓醫(yī)生更有把握確定淋巴結(jié)、腹部、頭頸部和腦部的小病灶，從而更早地提供針對(duì)性的治療方案。

傳統(tǒng)PET在整個(gè)FOV內(nèi)使用一樣的重建原理，并不把探測(cè)器的幾何構(gòu)造和響應(yīng)線(LOR)的錯(cuò)位考慮進(jìn)去，這導(dǎo)致離中心越遠(yuǎn)圖像越模糊。HD-PET的重建函數(shù)整合了數(shù)百萬個(gè)精確測(cè)量的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)。使用精確的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，HD-PET將響應(yīng)線(LOR)與它們的真實(shí)幾何位置準(zhǔn)確對(duì)位，顯著降低了圖像模糊與失真(圖1)。通過采用專利的重建技術(shù)，HD-PET可提供不變形的全視野圖像，2mm這一更高的分辨率使醫(yī)生可更精確地從中心到邊緣觀察微小的病灶(圖2)。PET系統(tǒng)清晰度的增加還顯著提高了對(duì)比度，信噪比提高了2倍，顯示的圖像更為清晰。這使臨床醫(yī)生能夠更好地區(qū)分健康的與可疑的組織。PET高清晰成像系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)包括更好的癌癥診斷、疾病分期、治療和術(shù)后/放射后監(jiān)測(cè)。HD-PET還因其可檢測(cè)出病灶的精確范圍而提高放療規(guī)劃的準(zhǔn)確性(圖3)。高清晰度的影像對(duì)于監(jiān)控手術(shù)后或治療后的患者非常重要。影像清晰度可使醫(yī)生能夠發(fā)現(xiàn)小的早期復(fù)發(fā)的頭頸部惡性腫瘤，尤其對(duì)手術(shù)后和放射治療后解剖結(jié)構(gòu)變形的患者。

圖1 (A)傳統(tǒng)的PET在整個(gè)FOV內(nèi)使用一樣的重建原理，并不把探測(cè)器的幾何構(gòu)造和響應(yīng)線的錯(cuò)位考慮進(jìn)去，導(dǎo)致了圖像邊緣失真，離FOV越遠(yuǎn)圖像越模糊。(B)采用PSF技術(shù)可以精確描述響應(yīng)線位置，以此定位正電子湮滅事件。

圖2 HD-PET的重建函數(shù)整合了數(shù)百萬個(gè)精確測(cè)量的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)。使用精確的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，HD-PET將響應(yīng)線(LOR)與它們的真實(shí)幾何位置準(zhǔn)確對(duì)位，顯著地降低了圖像模糊與失真。

圖3 HD-PET可明顯檢測(cè)出較小的病灶并給出病灶的精確范圍，從而提高放療規(guī)劃的準(zhǔn)確性。

3 PET飛行時(shí)間(TOF )技術(shù)

上世紀(jì)80年代有專家提出，通過測(cè)定正電子湮滅時(shí)發(fā)出的兩個(gè)光子到達(dá)不同探測(cè)器時(shí)間的不同而直接推算出湮滅發(fā)生的具體位置，即TOF(Time of Flight)技術(shù)，這樣，不需要復(fù)雜的計(jì)算就可直接得到PET影像，但是由于晶體技術(shù)和計(jì)時(shí)技術(shù)水平有限，最終沒能實(shí)現(xiàn)。LSO 和LYSO快速閃爍晶體引起了人們對(duì)PET 飛行時(shí)間(TOF，Time of Flight)方面的興趣[4]。具有快速閃爍晶體和電子線路的設(shè)備可在一定分辯率之內(nèi)，測(cè)量患者體內(nèi)由正電子湮滅產(chǎn)生的一對(duì)光子到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間差異，以此來確認(rèn)正電子湮滅的位置。例如，一臺(tái)符合時(shí)間分辯率為500ps的掃描儀，在湮滅位置上的空間不確定性就是7.5cm。這種不確定性導(dǎo)致不能將湮滅定位于一個(gè)2mm的體素中，但這仍好于沒有一點(diǎn)時(shí)間信息并且將可能性平均地分配于響應(yīng)線上所有體素的情況。與之不同的是，湮滅發(fā)生最可能的位置是在不確定分布的中心。TOF分辯率改善時(shí)，空間的不確定性減少并且信噪比以極大的倍數(shù)增加。采用飛行時(shí)間技術(shù)在偵測(cè)每個(gè)符合光子時(shí)，能夠測(cè)量實(shí)際的時(shí)差。這種時(shí)間信息可用于在沿每條響應(yīng)線(LOR)的小范圍內(nèi)更好地定位事件。采用TOF 更出色地定位每個(gè)事件，可降低重建圖像的模糊度(圖 4)。

圖4 傳統(tǒng)PET在偵測(cè)符合光子時(shí)，4 條響應(yīng)線匯聚在一起，生成的圖像粗略地近似于實(shí)際圖像，模糊情況突出。TOF掃描是按照時(shí)間沿每條響應(yīng)線進(jìn)行的，可更好地估計(jì)實(shí)際圖像，降低模糊度。

4 PET視野擴(kuò)大和散射校正技術(shù)

視野擴(kuò)大技術(shù)可使軸向視野(FOV)擴(kuò)大33%，從而使計(jì)數(shù)率性能提高70% 以上，確保在臨床應(yīng)用中靈活降低劑量率或使掃描時(shí)間減半。要想充分利用擴(kuò)大的FOV，可提高三維PET 采集的接受角度。通過這種方法，可在給定的單位時(shí)間內(nèi)測(cè)量更多的響應(yīng)線。通過增加響應(yīng)線可提高計(jì)數(shù)率性能，從而使掃描方案變得更加靈活。利用視野擴(kuò)大技術(shù)，可改善圖像品質(zhì)，同時(shí)短縮掃描時(shí)間，或降低注入的劑量。掃描時(shí)間縮短可減少患者的運(yùn)動(dòng)，從而減少運(yùn)動(dòng)偽影，為其他專門CT 掃描騰出更多時(shí)間。

散射校正是PET 圖像質(zhì)量的重要組成部分，尤其對(duì)于心臟掃描而言。在心臟掃描中，散射光子經(jīng)常是肝臟和腸道等心臟周圍組織結(jié)構(gòu)活動(dòng)的結(jié)果。不采用散射校正，圖像的質(zhì)量就會(huì)降低，即使能夠用來診斷，也會(huì)使分析變得很困難。為改善圖像分析結(jié)果，完成患者評(píng)估，可采用散射校正技術(shù)——一個(gè)基于模型的高效Compton 散射校正系統(tǒng)(采用基于Monte Carlo 的計(jì)算技術(shù))。這種散射模擬算法采用一種獨(dú)特、直觀的采樣技術(shù)，對(duì)樣本散射點(diǎn)進(jìn)行求和處理。散射校正非常的高效，因?yàn)樗煞磸?fù)使用通過對(duì)象的射線總和，計(jì)算散射對(duì)多個(gè)響應(yīng)線的影響。我們基于散射的計(jì)算法經(jīng)證明，可為針對(duì)不同患者定制的散射校正提供最佳的速度和精度的平衡。

5 PET后處理技術(shù)

圖5 全身三維的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，可高效地對(duì)比如治療前、治療中和治療后的掃描結(jié)果。

準(zhǔn)確的診斷、精確的分期、有效的療效評(píng)估、治療后再分期等對(duì)腫瘤的治療決策至關(guān)重要。隨著影像醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展，近20年來，影像技術(shù)的應(yīng)用使腫瘤治療進(jìn)入了一個(gè)“精確定位、精確計(jì)劃、精確治療”的時(shí)代[5,6]。傳統(tǒng)的PET評(píng)估腫瘤治療效果的方法是：首先分別回顧治療前后的PET圖像，然后對(duì)圖像進(jìn)行比較，最后得出比較結(jié)果。這類方法耗時(shí)較長(zhǎng)，圖像需要逐層比較；人為因素影響大，比較結(jié)果不準(zhǔn)確。目前，PET后處理技術(shù)可加速癌癥管理流程，提供高質(zhì)量生物效應(yīng)評(píng)估，可高效地對(duì)比三個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的掃描(如治療前、治療中和治療后)(圖 5)。對(duì)于PET/CT、SPECT/CT以及不同時(shí)間掃描得到的CT或MRI圖像，PET后處理技術(shù)可自動(dòng)配準(zhǔn)和顯示，方便隨訪對(duì)比，幫助臨床醫(yī)生更好地做出治療決策。新型的后處理技術(shù)具有以下4個(gè)功能：(1)全自動(dòng)精確圖像融合(器官部位配準(zhǔn)和病灶配準(zhǔn))；(2)多方式立體觀察；(3)精確定量分析(SUV值，腫瘤大小等)；(4)自動(dòng)生成報(bào)告。應(yīng)用TrueD技術(shù)，臨床醫(yī)生可大大地減少對(duì)腫瘤等疾病的診斷時(shí)間，并可有效地給出治療方案等。

6 CT球管技術(shù)及高分辨技術(shù)

新型的CT球管采用球管直接冷卻技術(shù)，完全不同于傳統(tǒng)的陽極冷卻方式。它可以使機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到0.33s/周，并且可在最高掃描速度條件下實(shí)現(xiàn)無限制容積覆蓋而不犧牲圖像質(zhì)量和分辨率。球管直接冷卻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了超大的散熱效率，所以不需考慮陽極熱容量的存在(OMHU陽極熱容量新概念)。

最新的CT 高分辨技術(shù)沒有通過縮小探測(cè)器尺寸來改善空間分辨率，而是使用兩個(gè)重疊的X 射線束，大幅提高了空間分辨率(0.4mm)，同時(shí)保持劑量不變(圖6)。這使無論在任何掃描、轉(zhuǎn)速及任何掃描位置條件下，都能獲得高達(dá)0.33mm的業(yè)界領(lǐng)先的各向同性分辨率。此外，該系統(tǒng)可滿足腕部、關(guān)節(jié)和內(nèi)耳檢查超高分辨率骨成像的要求。我們進(jìn)一步提高了空間分辨率的上限，提供無與倫比的0.24 mm各向同性分辨率——迄今為止，只有平板和microCT 技術(shù)可達(dá)到。

圖6 常規(guī)的64 斷層技術(shù)在常規(guī)臨床掃描的分辨率方面存在很大的局限性。使用兩個(gè)重疊的X 射線束，同時(shí)保持劑量不變(Z-Sharp技術(shù))，無論在任何螺距和掃描速度條件下，都能清晰顯示0.4 mm的像。

7 CT實(shí)時(shí)劑量調(diào)制和自適應(yīng)劑量屏蔽技術(shù)

CT實(shí)時(shí)劑量調(diào)制方案采用一種先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)，在螺旋和序列掃描中，這種計(jì)算技術(shù)可根據(jù)患者身體組織的具體形狀，實(shí)時(shí)進(jìn)行X 射線管電流調(diào)制。它可針對(duì)低衰減視圖降低患者劑量，而對(duì)高衰減角度，則保持稍高的電流?；倦娏髟O(shè)置是通過最初的定位片確定的。在掃描過程中，探測(cè)器組件測(cè)量通過患者的衰減，并將該信息傳送至X 射線管的輸出發(fā)生器，確保電流處于可提供理想圖像質(zhì)量的水平。CT實(shí)時(shí)劑量調(diào)制技術(shù)可帶來如下經(jīng)濟(jì)和臨床益處：(1)相對(duì)于未采用實(shí)時(shí)劑量調(diào)制技術(shù)的臨床成像方案，可在確保相同圖像質(zhì)量的情況下，使劑量降低高達(dá)66%；(2)掃描肩部等不對(duì)稱身體部位或掃描雙臂置于身體兩側(cè)的患者時(shí)，可改善圖像質(zhì)量，減少偽影降低功耗和熱負(fù)載；(3)更大的螺旋掃描范圍和更高的多期檢查靈活性，尤其適用于肥胖患者；(4)適用于兒科患者的低劑量檢查。

CT 領(lǐng)域獨(dú)一無二的自適應(yīng)劑量屏蔽技術(shù)是新型的X 射線管設(shè)計(jì)不可分割的一部分。它可移動(dòng)X 射線管上的準(zhǔn)直儀，擋住不必要的輻射劑量。這種自適應(yīng)劑量屏蔽裝置可在螺旋掃描開始時(shí)動(dòng)態(tài)地打開，并在螺旋掃描結(jié)束時(shí)動(dòng)態(tài)地關(guān)閉。如今可消除所有臨床不必要的劑量。它不僅適用于各種專用應(yīng)用，還適用于所有螺旋采集，使您能夠在腹部CT等常規(guī)檢查中，降低20%的劑量。

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1006-6586(2011)04-0013-04

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2011-03-29

姚稚明，博士，碩士生導(dǎo)師，主任醫(yī)師，衛(wèi)生部北京醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科主任