全身MR-PET临床应用的初步病例.doc

全身MR-PET临床应用的初步病例德国慕尼黑理工大学附属伊萨尔临床医院介绍 过去的十多年里，融合图像的发展一直是临床诊断成像领域最有影响力的创新。这些发展背后的驱动力是几个不同的成像设备之间不同性能的互补。因此，不同设备融合在一起，彼此功能互补。大概2000年PET/CT进入了市场，并且取得了成功，因此迅速避免了PET单一的应用需求。结合PET高敏感性和CT的精确解剖，这项成功强大地推动了肿瘤诊断应用的发展。结合18F-FDG，结合CT追踪代谢活动，提供了很高的价值：FDG-PET可以敏感的探测肿瘤细胞以及评估细胞的增值能力（例如治疗控制）；CT补充了可疑病变确切的解剖定位信息以及由于PET的分辨率限制和运动伪影漏掉的微小病变的非常高的敏感度（例如在肺部）。 然而CT有一些特殊的限制，对低对比的软组织的显示不理想。体部区域复杂的排列以及不同的相邻软组织的结构对诊断是不利的，例如大脑，头颈部和盆腔。与CT形成对比的是，MR成像在区别软组织方面可以提供良好的对比。这就是在相关的诊断方面MR相对于CT作为第一成像选择的原因。包括神经紊乱，大脑肿瘤，以及头颈部、腹部/肝脏和盆腔肿块，骨骼肌问题。 对于这些诊断问题，PET作为补充检查显示了很高的价值，同时频繁地被执行MRI检查。因此，PET和MRI联合的价值是显而易见的。然而对比融合PET和CT，融合MR-PET的发展受限于努力克服技术障碍，延宕了很长时间。然而两种使用射线（虽然不同的波长）的设备融合更加容易，PET和MRI是基于完全不同的成像原理。MR成像需要强大的磁场，这严重影响了PET信号的采集。特别是常规用于获得PET信号的光电倍增管在磁场下不能正常工作。由于这个限制，发展了一个平台，把空间上独立的MR和PET由一个移动的床结合起来。病人定位在床上，先后经过PET和MR成像，否则只好在两次扫描之前从床上起来。然而这个解决方案不能同时进行图像采集，它是由检查方案的长度结合起来同时有病人位置活动的风险。 随着被称为APDs(雪崩光电二极管)进入PET内部，这个问题被很好的解决了。在强磁场中APDs功能可以取代常规的光电二极管在MR扫描架采集信息。这个技术的出现，在工业上实现了第一代真正的两个设备融合为一套系统。通过把小的头颅专用PET扫描架安装在常规的MR扫描架中成功的论证了这个原理。被证实了可行性的几个相关的研究已经在这个原型机上进行。以这个原型机为基础，一套全身MR-PET系统已经开发出来。 2010年11月世界上第一套应用于临床的全身MR-PET扫描议（西门子Biograph mMR）在德国慕尼黑理工大学(TUM)核医学科成功安装。由于德国研究基金会（DFG）资助使得可以在德国建立第一套这样的扫描仪（其他三套于2011年在埃森、莱比锡和图宾根建立）。Biograph mMR扫描仪的机架由一套3T MR的系统和一套完全功能性的PET系统组成。PET系统覆盖25.8cm的范围，比其他现存的PET相机都大。这就可以在短时间内少移动床同时获得全身的MR和PET的图像信息。MR-PET系统的特点从临床的观点看，这个系统有很多显而易见的优点：1. 缩短检查时间 相对于CT检查，MR扫描通常是耗时比较长的。现在全身MR-PET系统可以真正地同时采集MR和PET信息，因此不仅减少了检查预约的数量而且几乎减少了一半的检查时间（和进行两个单独的检查相比）。病人同时进行MR和PET检查，这样“一站式”的检查为病人带来了方便，同时减少了医疗工作人员获得需要的成像信息的时间。2. 部位联合登记 PET和MR信息在解剖位置上准确的重叠也有非常大的好处：PET信号和解剖信息准确的联合登记降低了病人移动或者器官位置（例如肠的位置、不同的膀胱充盈状态）改变的风险，因此未对准的可能性会大大降低。由于MR成像时没有射线辐射，解剖扫描可以增加或重复，以使达到最优化的结果。 3. 同时采集 MR-PET扫描仪第一次真正实现了两套系统对同一个部位同时进行成像信息采集。这开创了融合成像的新时代。即使已经成熟的PET/CT技术也不是同一个部位同一时间在同一个系统中进行CT和PET的采集，它是检查部位依次通过系统的两部分进行采集。MR和PET信息的同时采集为很多科学研究提供了机会，因此转化为临床应用，例如在同一检查条件下不同成像检查的交叉评估或通过了解不同病理学进程的相互关系增进对疾病病理生理学的了解。同时采集可以对器官和/或病人的运动进行运动校正，而且可以结合由PET提供的有其他功能性信息的运动性信息（例如由PET成像提供的带有在心脏检查中心肌运动信息的发育能力/灌注信息）。4. 电离辐射曝光 基于临床成像的电离辐射曝光是当前讨论非常多的话题。对比PET/CT，MR-PET提供了不损失诊断信息但减少电离辐射曝光的机会。MRI将提供和CT一样准确用于PET信号的解剖信息。在一些病例中，带有适当的MR成像结合PET成像有很高的诊断价值，同时对比CT结合PET只有很低的电离辐射。5. MR-PET对比PET/CT的诊断价值 众所周知MR和CT是互为补充的，尤其是MR具备非常高的软组织对比。因此MR-PET对比PET/CT有很高的诊断价值，在体部通常使用MR而不是CT。将来MR-PET将是对PET/CT的很好的补充，正如现在MR成像对CT是很好的补充。 6. 科学应用的机会 MR-PET系统开创了大量潜在的科学应用的机会。这些独特的选项之一是建立在人体病理学和生理学不同的检查方法之间以前未知的相互关系，例如结构和功能，灌注和代谢，组织扩散和细胞增殖等。这可以增加对健康器官功能的理解以及探查导致新的治疗方法的潜在疾病发病机理。对于临床诊断，MR-PET可以为更敏感和更明确的诊断、治疗计划和评估提供综合的多参数的标记。一些先前应用独立设备进行的研究表明使用MR-PET的多设备成像方法有潜在的科学和临床价值。MR-PET系统的挑战 象每一个新产品一样，MR-PET仍然有很多挑战：1. 衰减校正 在PET/CT系统中，低剂量CT扫描被用于评估从特殊身体区域发出的射线衰减。相较于CT，MR成像不能提供组织的特殊光子吸收的信息，但有组织类型/等级。然而一些特殊的MR序列（Dixon成像或化学位移成像）相配的衰减图可以计算出来，其类似一个足够稳定的511KV光子衰减校正。在Biograph mMR中使用衰减校正的VIBE T1加权Dixon序列在每个床位都可以进行快速地采集（例如在胸部可以一次屏气采集），尤其没有增加检查时间。然而当前使用Dixon序列进行组织分类的方法并不是非常满意，金属伪影、骨组织的衰减和由于MR-PET轴位的扫描野限制的截断伪影可能会出现（特别是上肢）。当前正在进行研究如何对这些伪影补偿。此外，可以预计的衰减校正的不同序列将被用于身体的特殊部位。例如颅底。因此在这个区域，可能更适合应用超短TE（UTE）序列，更好地显示骨组织，因而对比Dixon成像方法可以得到更准确的衰减图（-maps）。2. PET成像的解剖定位 常规的PET/CT中全身低剂量CT扫描提供了有限的诊断信息，在很多病例中给出可疑的PET成像一个大概的解剖定位有足够的可靠性。注射造影剂增强扫描可以在很短时间内完成，并获得良好的解剖信息。注射造影剂MR序列同样是慢的，而且不能及时地采集高分辨率的全身MR信息。然而，使用PET数据进行衰减校正的Dixon序列也可以用于PET成像的解剖定位并得到满意的结果。通过增加感兴趣区域的高分辨率MR序列对这些全身成像是很好的补充。3. MR特殊诊断的局限 由于一般认为CT有更好的诊断价值，例如小的肺部病变，所以MR-PET的预期不如PET/CT。MR-PET是否超过或类似于PET/CT仍有待于评估，因为PET/CT仍是首选的方法。4. 工作流程 运行这种类型的成像设备需要很高的成本，因此为了保证设备的有效利用率需要精心的运作，要考虑病人流量、设备的使用、检查流程的选择等等。联合采集MR和PET信息需要受过特殊教育并且两种设备都用过的医疗人员。5. 设计适当的成像方案 大量可用的MR序列和不同的PET示踪取幂得到潜在的成像测试的数量。这将定义为特殊诊断问题发展优化成像算法的需求，保证选择最有益的联合。临床应用病例1. 肿瘤病例1 颈部非霍奇金淋巴瘤的病人 A: 使用反相位MR AC Dixon序列 B: 18F-FDG-PET轴位图像，显示两个位置（左侧和右侧）可疑肿瘤增长代谢情况 C: 轴位MR (STIR序列)图像显示良好组织对比。清晰显示颈部淋巴结，部分淋巴结已增大。D: PET和MR融合图像, 很容易鉴别和解剖定位典型肿瘤（红色箭头）和非典型肿瘤病变（绿色箭头）。病例2 神经内分泌肿瘤病人A: MR AC Dixon序列水像。腹部右上象限强烈的焦点示踪，投影在髂骨的末端区域。膀胱左侧壁有一个小的膀胱憩室。B: 68Ga-DOTATOC PET成像，示踪神经内分泌肿瘤通常表达生长激素抑制素受体。在腹部可以发现一个强烈的焦点示踪。C: MR图像，脂肪抑制冠状T1加权屏气VIBE序列。D: 融合PET和MR图像。二者融合很好地鉴别和解剖定位肿瘤。没有其他可疑的病变。病例3 前列腺癌骨转移病人 A: 18F-Fluoride PET图像。 B: PET图像。 C: MR图像，矢状MR AC Dixon序列脂像。D: PET和MR融合成像。上面一排：矢状图，下面一排：轴位图。Fluoride-PET扫描显示骨骼上很多可疑病变，类似前列腺癌的骨转移。在MR和融合图像上显示PET示踪增加的区域，出现了骨髓转移，已标出怀疑骨转移的地方。2. 神经系统病例4 多形性胶质母细胞瘤病人。A: 18F-FET PET图像。FET示踪显示氨基酸代谢和通过高氨基酸流量与正常脑组织对比敏感地辨别脑肿瘤组织。在切除过的区域周围有很强的示踪，怀疑是残存或再生的脑肿瘤组织。B: MR图像，轴位FLAIR序列，切除后的区域显示高信号，潜在地显示组织水肿和神经胶质过多症，而且不能完全排除肿瘤组织。而且可以看到左边一个额极水囊瘤。C: PET和MR图像融合，参考MR图像的解剖结构和畸形，很好地显示肿瘤组织的解剖定位。D: 基于弥散张量数据的神经纤维束追踪显示切除区域旁边的神经元轴突。病例 5 老年痴呆病人A: 颅脑18F-FDG-PET图像显示神经细胞活动程度。由于神经变性的缘故神经细胞活性降低的区域显示黄绿色（左侧颞顶皮质，见红色箭头），正常颅脑区域显示橘红色。B: MR图像，轴位FLAIR序列。高分辨率显示颅脑解剖，广泛性脑萎缩，以左侧为重。C: 在MR-PET融合图像上可以定位代谢减退和脑实质减少。D: 基于弥散张量MR数据的神经纤维束追踪显示病人颅脑中神经细胞轴突改变过程。3. 心脏成像病例6 心脏的MR-PET使用18F-FDG示踪评估心脏组织新陈代谢情况可以鉴别心肌活性。同时可以用MR成像采集心肌运动和解剖信息。这样可以结合显示潜在的区域性代谢情况和代谢能力功能性方面真实的原因。结论v 首先临床成像研究显示综合全身MR-PET成功的临床使用性。v 对大部分病例来说使用适当的MR起源衰减图进行PET衰减校正看来是足够可靠的。一些问题（缺少正确的骨探测，截断伪影）正在进行研究。v 从诊断的前景来说，由于MRI比CT有更好的软组织对比，MR-PET在体部比PET/CT更有发展前途。 例如： 肿瘤：头颈部肿瘤，腹部和盆腔肿块（例如前列腺癌），不清楚原发灶的癌，全身成像 神经系统：颅脑肿瘤，癫痫，痴呆，中风 心脏：局部功能（心肌运动