阮偉偉，劉 芳，孫 遜，張永學(xué)，蘭曉莉*

(1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，湖北 武漢 430072；2.分子影像湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072)

多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)在疾病診斷中的優(yōu)勢(shì)已獲臨床廣泛認(rèn)可。PET/MR是繼PET/CT之后的又一高端醫(yī)學(xué)影像學(xué)設(shè)備，對(duì)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步具有推動(dòng)作用[1]。PET具有高靈敏度和特異度，可在分子功能和代謝水平對(duì)人體生理及疾病狀態(tài)等進(jìn)行可視化。MRI具有空間分辨率高，軟組織對(duì)比度好，多參數(shù)、多序列成像的優(yōu)點(diǎn)，能清晰顯示解剖結(jié)構(gòu)，并可利用擴(kuò)散、灌注、磁敏感等功能成像方式探測(cè)組織的微環(huán)境[2-3]。一體化PET/MR結(jié)合二者的優(yōu)勢(shì)，并互為補(bǔ)充，可進(jìn)行多參數(shù)及多功能顯像，有助于對(duì)疾病更早期的探測(cè)和定量分析病灶，推動(dòng)個(gè)性化醫(yī)療的發(fā)展[4-5]。TOF技術(shù)有助于提高PET圖像質(zhì)量，降低假陽(yáng)性或假陰性。本文對(duì)一體化TOF-PET/MR的臨床應(yīng)用及其面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行綜述。

1 概述

一體化TOF-PET/MR的PET探測(cè)器具有磁場(chǎng)兼容性，由以镥為基礎(chǔ)的閃爍晶體(lutetium based scintillator, LBS)和硅光電倍增管(silicon photomultiplier， SiPM)組成。LBS光子產(chǎn)額高、余暉時(shí)間短(<80 ns)[6-7]，而SiPM具有探測(cè)效率高、工作電壓低、體積小及對(duì)磁場(chǎng)不敏感等優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于早期一體化PET/MR中的雪崩光電倍增管(photodiode detectors, APD)，SiPM時(shí)間分辨率可提高1 000倍[8]，從而實(shí)現(xiàn)TOF技術(shù)。TOF源于兩個(gè)光子到達(dá)晶體的時(shí)間差可被測(cè)量，理論上可由此精確計(jì)算出正電子湮滅的位置，更真實(shí)地反映湮滅的正電子計(jì)數(shù)分布，使得圖像信息計(jì)算更加精準(zhǔn)[9-10]。

TOF技術(shù)可提高系統(tǒng)的噪聲等效計(jì)數(shù)率、重建圖像信噪比，降低圖像軸向模糊度及掃描成像時(shí)間等[11]。另外，正電子核素(示蹤劑或藥物)帶有正電荷，在磁場(chǎng)中沿磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生“正電子穿透效應(yīng)”帶來(lái)的偽影。TOF技術(shù)有助于降低一體化PET/MR設(shè)備中的“正電子穿透效應(yīng)”偽影[12]，提升PET圖像質(zhì)量，降低假陽(yáng)性或假陰性，還可提高掃描速度和降低注射劑量[11]。研究[12]表明，基于TOF技術(shù)的PET對(duì)提升基于MR的衰減校正(magnetic resonance attention correction, MRAC)的準(zhǔn)確性也具有重要意義。

一體化PET/MR使得不同影像模式的融合和配準(zhǔn)更加精確[13-14]，而且所獲信息可在空間和時(shí)間方面匹配、互補(bǔ)，不僅能進(jìn)一步推動(dòng)多模態(tài)成像的發(fā)展，還能充分發(fā)揮影像融合技術(shù)，推動(dòng)醫(yī)學(xué)影像學(xué)的進(jìn)步[15-16]。

2 臨床應(yīng)用

2.1掃描流程 一體化TOF-PET/MR的PET探測(cè)器嵌于MRI梯度線圈和體線圈之間，在PET探測(cè)器接收γ射線的同時(shí)，MR體線圈正常發(fā)射射頻信號(hào)或進(jìn)行信號(hào)采集，兩者覆蓋的空間位置中心一致，從而實(shí)現(xiàn)兩種模態(tài)同步化。PET/MR常規(guī)掃描時(shí)，首先采集軸位、矢狀位及冠狀位3個(gè)平面的定位像，全身掃描時(shí)由軟件自動(dòng)拼接冠狀位和矢狀位圖像，獲取全身定位像。之后根據(jù)全身定位像的結(jié)果行PET掃描定位，儀器自動(dòng)快速進(jìn)行MRAC掃描，獲取用于PET衰減校正的MR圖像。此后行常規(guī)MR掃描。為保證后期融合圖像位置匹配，可添加及刪除MR掃描序列，并保持MR序列定位中心與該床位的PET定位中心完全一致。完成PET/MR同步掃描后，可加行MR序列掃描，以進(jìn)一步發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

2.2衰減校正 目前基于MRI的PET衰減校正方法主要有區(qū)域分割法、投射掃描法、圖譜配準(zhǔn)法及發(fā)射數(shù)據(jù)重建法[17]。一體化TOF-PET/MR結(jié)合區(qū)域分割法和圖譜配準(zhǔn)法，首先利用DIXON水脂分離技術(shù)采集MRI，獲取組織水和脂肪的信息，但某些解剖結(jié)構(gòu)如肺、骨及含空腔的臟器等區(qū)域質(zhì)子密度低、MR信號(hào)弱，且各自的衰減特性不同，使MRI區(qū)分此類組織中的水和脂肪仍較困難。為此，可選定一體化TOF-PET/MR系統(tǒng)內(nèi)嵌有的解剖模版，將人體分為頭頸、胸部、腹部和盆腔4個(gè)部分，利用MRAC分割算法給出最有可能的衰減圖，從而獲取人體不同組織的PET衰減圖，用于PET圖像的衰減校正；與衰減校正之前的圖像相比，校正之后的圖像更加清晰，背景干擾更低。但利用MRI進(jìn)行PET的衰減校正仍存在不足，如肺部疾病(肺氣腫及纖維化)患者的肺密度可能與假定的衰減值顯著不同而導(dǎo)致校正誤差，部分植入物產(chǎn)生的易感性偽影會(huì)導(dǎo)致衰減校正圖中出現(xiàn)假空白點(diǎn)，影響PET圖像質(zhì)量，從而影響對(duì)疾病的探測(cè)與診斷[18]。

2.3臨床價(jià)值 PET與MRI可從形態(tài)、功能及分子等方面提供疾病的生物學(xué)及微環(huán)境信息，互相補(bǔ)充，對(duì)于疾病診斷、分期、預(yù)后判斷及療效評(píng)估等具有重要意義。Buchbender等[19]發(fā)現(xiàn)一體化PET/MR可在同一時(shí)間全面收集與生理活動(dòng)相關(guān)的定量數(shù)據(jù)，如灌注、代謝及血氧水平等，對(duì)于轉(zhuǎn)化精神病學(xué)研究具有重要意義，可為早期特異性診斷癲癇、癡呆及腦卒中等疾病及療效評(píng)估提供依據(jù)。

一體化PET/MR在腫瘤的鑒別診斷、分期、療效評(píng)估和復(fù)發(fā)檢測(cè)方面具有重要作用，同時(shí)可精準(zhǔn)定位病灶及其與周圍組織的解剖關(guān)系，在確定腫瘤放射治療生物靶區(qū)和制定外科手術(shù)切除范圍等方面具有一定優(yōu)勢(shì)。Buchbender等[20-21]發(fā)現(xiàn)PET/MR診斷腫瘤T分期的準(zhǔn)確性較高，特別是對(duì)于頭頸腫瘤、原發(fā)性骨和軟組織腫瘤。

一體化PET/MR一站式掃描可提供關(guān)于心包和心臟形態(tài)、冠狀動(dòng)脈狀態(tài)(狹窄、斑塊等)、瓣膜功能、心肌發(fā)育和灌注以及心室壁運(yùn)動(dòng)等綜合信息，PET和MR的定量信息既可互補(bǔ)又能相互印證，有利于提高臨床診斷信心。此外，一體化PET/MR也可用于觀察交感神經(jīng)支配、血管生成、缺氧、細(xì)胞凋亡、受體表達(dá)和酶活性等。

一體化TOF-PET/MR中的PET具有TOF技術(shù)。研究[11]表明，一體化TOF-PET/MR能減少PET掃描時(shí)間，提高PET/MR整體掃描速度；另外，在PET和MR同步掃描過(guò)程中，TOF可提高PET和MR圖像質(zhì)量。與PET/CT相比，一體化TOF-PET/MR靈敏度高，且輻射劑量大幅降低[22]，故一體化TOF-PET/MR適用于兒童，尤其是治療后需長(zhǎng)期隨訪的患兒。

3 挑戰(zhàn)

一體化TOF-PET/MR具備高靈敏度探測(cè)效率、高分辨和高信噪比的圖像質(zhì)量、多序列多參數(shù)顯像以及低輻射劑量，可滿足臨床精準(zhǔn)診斷的需求；但其應(yīng)用于臨床的時(shí)間較短，如何充分發(fā)揮一體化TOF-PET/MR的優(yōu)勢(shì)是目前亟待探索和解決的問(wèn)題[11,23-24]。

首先，一體化TOF-PET/MR可實(shí)現(xiàn)MR和PET同步掃描，但MR的優(yōu)勢(shì)在于能夠集中對(duì)某一部位進(jìn)行多序列多參數(shù)檢查，從而提高病變的檢出率，故掃描時(shí)間較長(zhǎng)，一般局部檢查需20 min左右；而PET單床位掃描時(shí)間設(shè)為2 min左右即可滿足臨床需求，與MR的掃描時(shí)間差別較大[25]。PET/MR的檢查時(shí)間取決于掃描時(shí)間較長(zhǎng)的模態(tài)，單個(gè)患者整體所需檢查時(shí)間較長(zhǎng)。同步掃描中如何優(yōu)化MR序列、恰當(dāng)?shù)亟M合MR序列與PET掃描時(shí)間，從而縮短整體檢查時(shí)間、提高患者體驗(yàn)及臨床檢查效率，需要進(jìn)一步在臨床應(yīng)用中探索。

其次，TOF-PET/MR的臨床檢查費(fèi)用高于PET/CT，使得多數(shù)患者傾向于選擇PET/CT+MR；但對(duì)于兒童及輻射敏感者等，應(yīng)首先推薦PET/MR。對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)及心腦血管疾病，一體化系統(tǒng)可同步提供同一生理狀態(tài)下同一組織的多組生理病理信息，尤其是功能信息，而這是分離式檢查無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。拓展一體化PET/MR的臨床應(yīng)用空間、提升其在科學(xué)研究中的價(jià)值是亟待努力的方向。

最后，PET與MR設(shè)備通常分屬于放射科和核醫(yī)學(xué)科，在醫(yī)院為不同科室，目前一體化TOF-PET/MR系統(tǒng)的臨床應(yīng)用處于初級(jí)階段，能夠兼通放射學(xué)和核醫(yī)學(xué)的閱片者較少；MR的多參數(shù)及多序列掃描特點(diǎn)使MRI采集和閱片的復(fù)雜性較為突出，而PET圖像質(zhì)量依賴于重建參數(shù)設(shè)置，未經(jīng)培訓(xùn)者對(duì)重建及后處理參數(shù)的設(shè)置和理解較為困難。臨床推廣一體化PET/MR系統(tǒng)還需培養(yǎng)交叉學(xué)科的綜合醫(yī)學(xué)影像學(xué)人才。

4 小結(jié)

一體化TOF-PET/MR可同步實(shí)現(xiàn)多序列多參數(shù)MR結(jié)構(gòu)、功能顯像及PET功能顯像(可采用多種示蹤劑顯像)，同時(shí)大幅降低輻射劑量，在神經(jīng)、心腦血管疾病及腫瘤的診斷、治療方案制定及預(yù)后評(píng)估等方面均有望帶來(lái)更新和更全面的認(rèn)知，TOF技術(shù)進(jìn)一步強(qiáng)化了系統(tǒng)成像質(zhì)量及減小劑量上的優(yōu)勢(shì)。盡管多項(xiàng)研究[20-21,25]已認(rèn)可了一體化PET/MR的臨床價(jià)值，但其仍面臨來(lái)自多方面的挑戰(zhàn)，包括患者體驗(yàn)、檢查效率、應(yīng)用優(yōu)勢(shì)最大化及相關(guān)人才不足等，有待恰當(dāng)應(yīng)對(duì)。