吳泳儀，孫夕林，申寶忠

PET／MR與PET／CT的比較

PET／CT目前已經(jīng)普遍應(yīng)用于臨床診療中，其臨床療效也得到了廣泛的認(rèn)可。PET與CT的結(jié)合很大程度上解決了單純PET在解剖及病灶定位上的不足，尤其是在腫瘤放療靶區(qū)的確定、放療計(jì)劃的療效及預(yù)后的評(píng)價(jià)等具有優(yōu)勢(shì)，但是，PET／CT有以下4方面局限性：①CT雖然能夠提供一定的解剖學(xué)信息，但是軟組織分辨率不高；②PET／CT成像時(shí)，由于PET與CT掃描時(shí)間的不匹配，患者呼吸運(yùn)動(dòng)及患者不經(jīng)意移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致掃描期間形成圖像偽影，從而降低圖像質(zhì)量；③CT所產(chǎn)生的高劑量的輻射，限制了其不能應(yīng)用于一些特殊人群，例如兒童、青少年及孕婦；④CT無(wú)法進(jìn)行功能成像。這些問(wèn)題在一定程度上限制了PET／CT的應(yīng)用。雖然將PET與CT完全整合能使PET與CT同時(shí)采集數(shù)據(jù)成為可能，但這在本質(zhì)上卻很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楸匾奶綔y(cè)器技術(shù)[同時(shí)獲得低能量高通量的X線（CT）及511Kev湮滅的伽馬線（PET）]很難實(shí)現(xiàn)[1-8]。

1997年，Marsden等[9]最早開(kāi)始研究PET／MR的模擬成像。PET與MRI融合，集合了二者的優(yōu)勢(shì)，能提供豐富的分子、功能與形態(tài)信息。但PET／MR融合的主要問(wèn)題是PET與MR之間存在的相互干擾。研制新的能夠檢測(cè)511keVγ粒子的檢測(cè)器和光電二極管，成為解決一體化的PET／MR的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。傳統(tǒng)的PET和PET／CT聯(lián)合系統(tǒng)，通過(guò)閃爍晶體（scintillation crystal）來(lái)檢測(cè)γ粒子，并由光 電倍增管（photomultipliers，PMT）來(lái)探測(cè)。因PMT容易受到磁場(chǎng)的干擾，因此，研發(fā)者們通過(guò)結(jié)合硅酸镥（lutetium oxyorthosilicate，LSO）晶體和雪崩光電二極管（avalanche photo diode，APD）來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)下對(duì)γ粒子的檢測(cè)，并將閃爍光子信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)[10]。LSO-APD檢測(cè)模塊具有體積小的優(yōu)勢(shì)，能夠很容易整合到MRI的腔體中。另外，衰減校正（attenuation correction，AC）技術(shù)也是決定能否真正實(shí)現(xiàn)PET／MR一體的另一關(guān)鍵問(wèn)題。獲取物體對(duì)511keVγ光子的線性衰減系數(shù)是衰減校正的主要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)今，基于組織分割的衰減校正方法因其具有速度快、魯棒性好、個(gè)體之間解剖結(jié)構(gòu)差異影響小等優(yōu)勢(shì)而應(yīng)用較廣。

隨著PET／MR成像技術(shù)的發(fā)展，不僅可提供較高的分子、功能成像和解剖成像，提高了疾病早期診斷率及診斷準(zhǔn)確性，而且極大程度地減低了成像者的受線劑量，相比于目前的PET／CT，PET／MR在健康人體檢、疾病篩查方面有更卓越的性能。

PET／MR成像技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，西門(mén)子、飛利浦和GE公司均推出了相關(guān)的PET／MR產(chǎn)品，并且已經(jīng)推廣到臨床應(yīng)用。目前一體化PET／MR的融合主要有3類(lèi)：

1.PET與MRI掃描儀串聯(lián)，將兩套獨(dú)立的系統(tǒng)串聯(lián)起來(lái)，共用一張掃描床，即異機(jī)采集圖像，只需對(duì)現(xiàn)有的兩套系統(tǒng)做很小的修改，然后通過(guò)軟件融合，這種設(shè)計(jì)與PET／CT較相似。同時(shí)兩套獨(dú)立系統(tǒng)也可單獨(dú)使用。但此種形式的PET／MR也存在一定的問(wèn)題，例如空間占用較大、不能同時(shí)采集數(shù)據(jù)、完成兩次全身掃描需要較長(zhǎng)時(shí)間以及患者在掃描過(guò)程中運(yùn)動(dòng)和生理活動(dòng)所造成的圖像不匹配等[11]。

2.將可移動(dòng)的PET斷層掃描插入MRI孔徑內(nèi)，即“插入式”，主要技術(shù)難題是在磁場(chǎng)中引進(jìn)電路。其優(yōu)點(diǎn)是使得PET與MRI的FOV一致，能同時(shí)采集PET與MRI數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)PET與MRI的完美融合，縮短了總采集時(shí)間。缺點(diǎn)是將PET插入MRI孔徑后，會(huì)減小掃描孔徑的大小，限制其應(yīng)用。到目前為止，這種系統(tǒng)在人類(lèi)顯像中的唯一例子是以APD為基礎(chǔ)的PET插入3TMRI[12]，并且已成功地用于人腦、頭部及上頸部的顯像。

3.將PET探測(cè)器環(huán)完全整合到MRI掃描架上，能夠?qū)θ碛跋襁M(jìn)行數(shù)據(jù)采集，即“完全集成式”，這種方式的PET／MR在技術(shù)上是最難的，花費(fèi)較貴并且對(duì)操作人員的技術(shù)要求更高[5-7]。英國(guó)劍橋大學(xué)研究組[13]將PET探測(cè)器置于MRI的兩塊超導(dǎo)磁鐵中間；Ontario大學(xué)研究組設(shè)計(jì)了只能在低磁場(chǎng)下操作的PET／MR一體機(jī)，但在采集數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)有死時(shí)間存在?；诩夹g(shù)等條件的限制，這種技術(shù)目前還沒(méi)有完全成為現(xiàn)實(shí)。

雖然PET／MR由于客觀存在的某些技術(shù)問(wèn)題，包括PET／MR的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、PET探頭與MRI磁場(chǎng)兼容性、PET／MR圖像的衰減校正等，而導(dǎo)致其一體化發(fā)展較為緩慢，但初步的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其在疾病診斷中有重要醫(yī)療價(jià)值及巨大經(jīng)濟(jì)潛力[14-15]。最近，研究者們將具有TOF（time of flight）技術(shù)的PET探測(cè)器嵌合在MR設(shè)備中，使PET和MR能夠同步地分別獨(dú)立完成各自掃描，從而實(shí)現(xiàn)同一個(gè)機(jī)架、同一個(gè)掃描床和同一個(gè)掃描控制系統(tǒng)的真正同步掃描，在功能和臨床應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)了1＋1＞2。隨著新型的放射性藥物（比如PET／MR雙標(biāo)記對(duì)比劑）的產(chǎn)生，PET／MR在分子成像及臨床應(yīng)用中將會(huì)更為廣泛[16-18]。

圖1 食道癌。a）18F-FDG的CT成像；b）18F-FDG的PET／CT成像；c）MR成像；d）18F-FDG的PET／MR成像。在PET／MRI中，可將腫瘤劃分為T(mén)3期。病理診斷為鱗狀細(xì)胞癌，病理分期是pT3N1M0和IIIA。可見(jiàn)相比于PET／CT，PET／MR在TNM分期中更具優(yōu)勢(shì)[23]。

PET／MR的臨床應(yīng)用

PET／MR雖然出現(xiàn)的時(shí)間較短，但卻引導(dǎo)著科研、臨床及轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域往更高、更遠(yuǎn)的方向發(fā)展，初步的研究結(jié)果顯示PET／MR在腫瘤疾病、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.腫瘤診療中的應(yīng)用

腫瘤組織比正常組織代謝旺盛，腫瘤內(nèi)的糖酵解代謝明顯增加，尤以惡性腫瘤為甚。因此核醫(yī)學(xué)成像成為腫瘤早期診斷最為靈敏的設(shè)備之一。對(duì)于診斷評(píng)估而言，PET／MR可能是最適合、最準(zhǔn)確的成像方式。與PET／CT相比，同步PET／MR表現(xiàn)出更高的敏感性與特異性，對(duì)于惡性腫瘤、某些良性腫瘤具有良好的檢出和鑒別能力，而且在準(zhǔn)確、敏銳的檢出局部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和腫瘤分期方面都發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[19-20]。Afaq等[21]研究顯示PET／MR在病灶定位與局灶性分期的準(zhǔn)確性與可靠度方面分別比PET／CT提高了5.1%與10%。此外，一體化的PET／MR能夠?yàn)槟[瘤的療效評(píng)估及復(fù)發(fā)監(jiān)測(cè)提供更為敏感、精確的分子、功能信息[22]。

在胸部腫瘤的應(yīng)用：目前，在胸部腫瘤研究中PET／MR主要用于食管癌、肺癌及乳腺癌等的診斷、分期及療效監(jiān)測(cè)。Lee等[23]對(duì)食管癌患者展開(kāi)研究，利用CT、PET／CT、EUS（超聲內(nèi)鏡）及PET／MR 4種成像方法，進(jìn)行了99期對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在T分期的正確率上，PET／MR與EUS的效果相當(dāng)，而在N分期方面，PET／MR的正確率（83.3%）明顯高于CT（50%）、PET／CT（66.7%）、超聲內(nèi)鏡（75%）3種檢查方法，表明PET／MR在食管癌TNM分期、療效評(píng)估和復(fù)發(fā)檢測(cè)方面準(zhǔn)確性方面有明顯優(yōu)勢(shì)（圖1）。Rauscher等[24]研究了47個(gè)平均直徑10mm（range，2～60mm）的肺部病灶，研究發(fā)現(xiàn)18F-FDG標(biāo)記的PET／MR肺部病灶成像效果與PET／CT相當(dāng)，并且發(fā)現(xiàn)PET／MR及PET／CT兩者的PET圖像標(biāo)準(zhǔn)攝取值（standardized uptake value，SUV）具有較高的線性相關(guān)系數(shù)。MRI對(duì)軟組織的高分辨率同樣使其在乳腺癌診斷方面有巨大的優(yōu)勢(shì)，一體化的PET／MR同時(shí)具備MRI的高靈敏度和PET的高特異特性，使得其在乳腺癌的早期診斷方面更具潛力。Moy等[25]在一個(gè)前瞻性研究中發(fā)現(xiàn)在乳腺M(fèi)R成像基礎(chǔ)上增加PET成像使乳腺癌的檢出率由原本的53%上升到97%。

在腹部與盆腔腫瘤的應(yīng)用：目前，PET／MR在腹部與盆腔腫瘤方面主要研究的是肝癌與前列腺癌，而婦科盆腔腫瘤、胃癌、胰腺癌、結(jié)直腸癌等也都成為PET／MR的診療項(xiàng)目。MRI與PET融合，對(duì)于早期診斷原發(fā)性肝癌具有高的敏感性，同時(shí)一體化的PET／MR對(duì)于原發(fā)性肝癌的生物學(xué)活性、判斷患者預(yù)后方面有明顯優(yōu)勢(shì)[26]。Arce-Calisaya等[27]研究發(fā)現(xiàn)與PET／CT相比，PET／MR在檢測(cè)前列腺癌復(fù)發(fā)方面具有更高的敏感性，更容易檢測(cè)出PET／CT上未檢出的前列腺癌復(fù)發(fā)灶。Lee等[28]通過(guò)對(duì)常見(jiàn)的3種婦科腫瘤子宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌、卵巢癌MRI成像、18F-FDG標(biāo)記的PET／CT成像以及一體化PET／MR成像進(jìn)行研究和對(duì)比，結(jié)果表明一體化的PET／MR不僅具有良好的成像效果和檢出率，并且做為一種新型的技術(shù)，具有巨大的應(yīng)用前景。Blanchet等[29]研究結(jié)果顯示通過(guò)對(duì)全身53處的副神經(jīng)瘤病灶進(jìn)行PET／MR掃描成像，共檢出了51處（96.23%），僅有位于脊柱旁的6mm與8mm病灶在18FFDA的PET／MR上被漏檢，這可能是由于他們的FDA在PET／CT與PET／MR掃描間隙被洗掉了。

在軟組織與骨腫瘤的應(yīng)用：由于MRI具有良好的軟組織對(duì)比，因此PET／MR在骨與軟組織腫瘤的研究中可能發(fā)揮較大作用。學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)與單獨(dú)的MRI相比，PET／MR雖然沒(méi)能提高原發(fā)性骨腫瘤與軟組織腫瘤的T分期正確率，但全身PET／MR卻具備較高的TNM分期準(zhǔn)確率[30]。并且PET／MR在骨與軟組織腫瘤的T分期與肝和顱內(nèi)轉(zhuǎn)移的M分期中比PET／CT更具優(yōu)勢(shì)[16]。目前，橫紋肌肉瘤復(fù)發(fā)方面的診斷一直比較困難，而Sorin等[31]利用老鼠模型對(duì)彌漫性橫紋肌肉瘤進(jìn)行了研究，一體化的PET／MR能夠準(zhǔn)確檢測(cè)和診斷橫紋肌肉瘤，而且選擇18F-FLT與18F-FDG分別作為長(zhǎng)春新堿治療前后的放射性藥物有利于提高診斷率。

圖2 腦膜瘤廣泛性浸潤(rùn)鼻腔68 Ga-DOTATOC-PET／MRI成像（a～c）和68 Ga-DOTATOC-PET／CT成像（d～f）。可見(jiàn)相比與PET／CT，PET／MR可以更好的將腦膜瘤和其他組織如術(shù)后疤痕等相區(qū)分。a）對(duì)比增強(qiáng)MRI的T1WI；b）DOTATOC注射30min后PET成像；c）A、B的融合像；d）CT成像；e）DOTATOC注射2h后PET成像；f）D、E的融合像[39]。

2.心血管系統(tǒng)的應(yīng)用

在心臟領(lǐng)域，由于采集圖像時(shí)心肌一直在收縮與舒張交替進(jìn)行，因而一體化的PET／MR在心臟圖像采集方面優(yōu)勢(shì)較為明顯，并且著重于冠心病、心肌病以及心臟炎癥方面的研究。一體化的PET／MR能夠獲得心臟功能和心肌代謝活性、灌注等方面的信息，能夠更好的評(píng)價(jià)心肌梗死和心肌缺血。同時(shí)，PET／MR還能夠提供更多的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊組成方面的重要信息[21]。Kong等[32]通過(guò)對(duì)一名25歲的肥厚性心肌病患者應(yīng)用18F-FDG標(biāo)記一體化PET／MR掃描診斷其室間隔肥厚，并且顯示室間隔心肌纖維化與FDG缺損及晚期釓強(qiáng)化程度有相關(guān)性。Nebiyu等[33]充分論證了PET／MR在分子心血管成像方面展現(xiàn)的巨大優(yōu)勢(shì)及可能帶來(lái)的醫(yī)療利益和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。Jarrett等[34]將標(biāo)記有銅（64Cu）的馬來(lái)酰牛血清白蛋白（MBSA）作為標(biāo)記蛋白，通過(guò)尾靜脈注入到大鼠和小鼠體內(nèi)，進(jìn)行PET／MR一體化血管成像，并且使用免疫組織化學(xué)法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果證明PET／MR在診斷動(dòng)脈粥樣硬化方面有較大的應(yīng)用潛力。心臟結(jié)節(jié)病可威脅患者一生，因其可以突發(fā)心臟驟停，并可能引起嚴(yán)重心衰，而不同于心臟的其他良性病變，一體化的PET／MR能夠提供結(jié)節(jié)病患者心肌水腫程度、炎癥狀態(tài)的連續(xù)評(píng)估，有利于心臟結(jié)節(jié)病的療效監(jiān)測(cè)及初步預(yù)防措施的采取[35]。當(dāng)然，要將PET／MRI在臨床心臟病學(xué)推廣，還面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

3.神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用

PET／MR在神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用較為廣泛，其可行性與價(jià)值早已被一系列的臨床研究所驗(yàn)證。PET／MR已成功用于人腦細(xì)小結(jié) 構(gòu) 的 研 究，如 海 馬[36]及 丘 腦[37，38]等。Afshar-Oromieh等[39]將68Ga-DOTATOC作為示蹤劑，利用PET／MR對(duì)腦膜瘤病灶進(jìn)行掃描，研究中PET／MRI檢出了所有病灶，并且驗(yàn)證其優(yōu)于PET／CT成像技術(shù)（圖2）。Ceriani等[40]利用PET／MR檢出了乳頭狀甲狀腺癌的頸部肌肉轉(zhuǎn)移，而患者頸部超聲、胸部CT與全身131I檢查均未見(jiàn)轉(zhuǎn)移，最后經(jīng)穿刺活檢證實(shí)為甲狀腺癌肌肉轉(zhuǎn)移。有學(xué)者認(rèn)為一體化PET／MR對(duì)于診斷癲癇的優(yōu)勢(shì)在于減少鎮(zhèn)靜次數(shù)，尤其是對(duì)于掃描時(shí)不能保持不動(dòng)的年輕癲癇患者[22]。目前PET／MR在對(duì)良惡性腦瘤、腦缺血、癲癇、吸毒成癮、老年癡呆等疾病都具有較好的診療效果。

4.在其他疾病中的應(yīng)用

Niese等[41]報(bào)道PET／MR在糖尿病足和關(guān)節(jié)炎的診斷上可以為臨床提供必要的信息支持?？肆_恩病患者的趨化因子等炎癥因子可以成為PET／MR成像的標(biāo)記物，使得通過(guò)PET／MR對(duì)克羅恩病的炎癥過(guò)程有更深層面的了解，能夠更早的做出臨床診斷[42]。另外，PET／MR對(duì)于早期診斷潰瘍性結(jié)腸炎、血管炎、干燥綜合征、系統(tǒng)性紅斑狼瘡和代謝綜合征等疾病方面具有應(yīng)用前景[43]。同時(shí)，PET／MR安全、低輻射，更適用于兒科疾病的診斷和隨訪檢查。

展望

雖然目前PET／MR的研究仍處于起步階段，技術(shù)尚有不足距離臨床推廣還存在一定距離，包括費(fèi)用昂貴、PET與MRI系統(tǒng)干擾、成像速度慢、缺乏熟練的影像醫(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)醫(yī)師等。但是未來(lái)影像學(xué)的發(fā)展不再是一個(gè)單一的技術(shù)變革，而是各種技術(shù)的整合。作為多模態(tài)影像融合技術(shù)的成像系統(tǒng)，PET／MR集成了生物組織的解剖學(xué)信息、功能和分子水平信息，同時(shí)其安全、低輻射的優(yōu)點(diǎn)使其蘊(yùn)藏著巨大的醫(yī)療和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。我們相信隨著PET／MR技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，其在科學(xué)研究、臨床中展現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)勢(shì)，將會(huì)很大程度上影響整個(gè)醫(yī)學(xué)影像學(xué)以及醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展方向。

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