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核医学仪器发展与展望核医学影像设备的发展与展望作者：赵富宽 【关键词】单光子发射计算机断层显像术【摘要】 相机和单光子发射计算机断层显像术（SPECT）只能进行常规单光子显像,正电子发射断层显像术（PET）和双探头SPECT符合显像系统既能进行单光子显像,又能进行正电子符合显像,PET/CT系统的出现不仅提供高质量的衰减校正图像,保证了正电子显像校正数据的可靠性,而且能进行同机图像融合,提高了影像定位诊断的准确性。本文简要介绍了核医学影像设备发展历程,PET和PET/CT的原理以及在临床的应用。【关键词】单光子发射计算机断层显像术；正电子发射断层显像术；图像融合 核医学又称原子（核）医学，是一门利用开放型放射性核素诊断和治疗疾病的学科，是核技术在医学领域的应用，也是人类和平利用原子能的一个重要方面。核医学的任务是用核技术诊断、治疗和研究疾病。核医学诊断技术包括脏器显像、功能测定和体外放射免疫分析。在进行脏器显像和（或）功能测定时，医生根据检查目的，给病人口服或静脉注射某种放射性示踪剂，使之进入人体后参与体内特定器官组织的循环和代谢，并不断地放出射线。这样我们就可在体外用各种专用探测仪器追踪探查，以数字、图像、曲线或照片的形式显示出病人体内脏器的形态和功能。核医学显像方法简单、灵敏、特异、无创伤性、安全（病人所受辐射剂量低于一次X线摄片所受剂量）、易于重复、结果准确、可靠，并能反映脏器的功能和代谢，因此在临床和基础研究中的应用日益广泛。随着计算机技术的高速发展，核素断层显像技术在研究人体脏器功能、代谢以及在分子水平的疾病研究等方面也取得了飞速的发展。核医学影像设备通常分为探测单光子放射性核素在人体内分布的设备,如相机和单光子发射计算机断层显像术（single-photon emission-computed tomography,SPECT）；探测发射正电子放射性核素在人体内分布的设备,如正电子发射断层显像术（positron-emission tomography,PET）和带符合电路的SPECT（双探头或多探头）1，2。1 SPECT一提起影像学设备,人们首先想到的是X线CT、血管造影机、MRI等以解剖结构为基础的成像设备。的确,从1895年伦琴发明X射线到20世纪50年代，医学影像学在很长时间内几乎一直是放射影像学的天下。自1951年Benedict Cassen 发明同位素扫描仪并应用于肝脏和甲状腺核素检查,核素显像就加入到了影像学的行列,随后又出现了照相机,与核素扫描仪相比,相机的分辨率明显提高,而且能够完成动态显像。70年代出现了SPECT,与放射性核素扫描仪、相机相比,SPECT除了增加断层显像功能外,它在灵敏度、分辨率和均匀性等重要性能指标方面均有很大提高。1991年,旧金山大学的Hasegawa和Lang等最早探索将SPECT与CT组合成双功能医学成像系统,在此基础上,将两种成熟的临床专用设备组装到同一台机器上，即将一台GE 600XR/T型SPECT仪和一台GE 9800型CT串联在一起,并获得很好的效果。1996年,Blankespoor等首先报道这一设备在心肌灌注显像中的应用。1998年GE公司将基于这一设计的Hawkeye系列SPECT/CT推向市场,并获得巨大的成功。2004年西门子公司在第51届美国核医学年会提出了一种新的融合影像技术概念，首次将SPECT的功能影像与多层诊断CT的丰富解剖细节进行了充分的结合，推出了新型True Point 8482 SPECT/CT（单光子发射计算机断层成像术/计算机断层成像术）西门子Symbia产品家族3。核医学过去曾被戏称为“不清楚医学”，SPECT图像与诊断CT扫描图像的全面融合和记录将对其有所改善，在未来可使核医学成为“清楚医学”，为临床医生提供真正的清晰影像，增强诊断信心；同时患者将更接近“一站式”服务，一次预约就能享受无缝诊治过程。2 PET继1973年Phelps Hoffman 和Ter Pogossian 研制成第一台原型PET扫描机后,1977年首台全身PET扫描机正式推出。1985年首次形成了PET扫描机的程序系统,发明并使用高等数学和物理学进行多重图像分解。1986年首台自屏蔽、计算机控制负离子回旋加速器出品。我国从1983年开始由中国科学院高能物理所研制PET技术，1986年成功制成实验样机，1990年6月广东威达集团股份有限公司与中科院高能物理研究所共同研制第一台符合临床要求的正电子发射断层成像装置，于1992年10月交付北京中日友好医院临床使用。20世纪90年代后期,随着PET技术的发展以及临床应用的不断成熟,加之双探头SPECT符合探测（coincidence detection）正电子显像的成功应用,使核医学影像技术产生了一个飞跃,大大提高了核医学影像学在整个医学影像学中的地位和影响力4。2.1 PET原理 PET是目前国际上最尖端的医学影像诊断设备，也是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医学影像技术，是核医学最高水平的标志。PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素,如18F、13N、15O、11C等作为示踪剂注入人体,参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素，利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子,被探头的晶体所探测,经过计算机对原始数据重建处理,得到高分辨率、高清晰度的活体断层图像，以显示人脑、心、全身其他器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。2.2 PET优势510 PET作为一种无创伤检查手段,可以从体外对人体内的代谢物或药物的变化进行定量、动态检测,被称为“活体生化成像”。PET是唯一的用解剖形态方式进行功能、代谢和受体显像的技术,可显示生物物质相应活动的空间分布、数量及其随时间的变化。它不同于CT、MRI所反映的组织密度信息为主的断层图像，是从人体分子学水平来检测和识别在疾病状态下先于组织器官结构变化而发生的代谢改变的一种现代影像技术，可以更早期、灵敏、准确、定量、客观地诊断和指导治疗多种疾病，给科研和临床诊断、治疗提供了难得的多种超前信息，有助于临床医生更科学、更全面、更合理地制订手术和治疗方案,显著提高医疗质量，已成为近几年医学影像学发展的热点。PET在1992年度被美国评为十大医学及生理学高科技项目，在临床应用上已成为诊断和指导治疗肿瘤、冠心病和脑部疾病的最优手段。以FDG（fluorodeoxyglucose）为示踪剂的PET影像已广泛应用于肿瘤临床,使肿瘤的诊断、分期和治疗方案的选择发生了根本性变革1114。据UCLA提供的统计资料表明,以每百万人为基数,对肿瘤病人分期诊断,通过PET明确诊断比没有通过PET明确诊断,每个病人平均节约费用近2/3。这也许就是美、欧不少著名大学和医疗中心已有两台以上PET而继续引进的原因。PET在对脑部疾病的诊断方面，更显示了其独到的本领15。脑外科的一些手术，如癫病、脑肿瘤在手术之前，先要做癫痫病灶的定位、脑部肿瘤恶性程度的手术分级等。这些工作让CT等设备来做是困难的，但是应用PET进行检查，却可以容易地获得正确的结果。PET检查还可以对某些组织或病变的代谢变化进行定量分析。然而，PET的功能和作用远不止这些，它还能够将人类视、听等功能活动在大脑皮质上定位；能从体外显示药物在人体的作用部位和作用效果；能无创伤地研究人体基因的表达状况。这些功能无疑将使PET在许多新兴的基础学科与临床医学之间架起了最好的桥梁。此外，预计在中药作用原理、经络探讨等方面，PET也将显示其独特的优势。2.3 PET生产厂家15，16 PET生产厂家主要有ADAC公司、西门子公司、马可尼公司和GE公司。ADAC公司的PET分辨率5mm,西门子公司的PET分辨率4.2mm,马可尼公司PET的分辨率5.8mm,GE公司的PET分辨率4.8mm。3 PET的新进展PET/CT90年代后期,随着图像融合技术（image fusion technology，IFT）的发展,使影像学又产生了一次飞跃。一种全新的影像学（解剖功能影像学）形成了,其代表性设备为PET/CT。1998年,第一台专用PET/CT的原型机安装在匹兹堡大学（University of Pittsburg）医学中心。这台原型机是与CTI PET Systems（CPS）合作研制的,并获美国国立肿瘤研究所（NCI）资助。PET/CT从根本上解决了核医学图像解剖结构不清楚的缺陷,同时又采取X线CT图像对核医学图像进行全能量衰减校正,使核医学图像真正达到定量的目的,提高了诊断的准确性。PET与CT的结合还有另一方面的价值,即可以大大缩短PET的检查时间,从而提高仪器和正电子药物的使用效率，同时也方便了病人。临床实践证明,核医学影像和X线CT相结合将是整个核医学影像设备发展的方向,21世纪已迈入分子核医学新纪元,这种新颖的成像设备将成为本世纪最重要的影像设备。PET/CT的出现正赶上一个非常好的时期。从1998年以来,美国开始将PET检查逐项列入医疗保险。至2003年10月,肺癌等8种肿瘤、冠心病（心肌灌注和代谢显像）以及难治性癫痫均已纳入报销范围。这大大促进PET技术走向临床,同时也刺激PET/CT技术的迅速发展。PET/CT技术的迅速发展既使得核医学领域充满活力,也引起放射医学界的极大兴趣。因此,PET/CT在短短数年内迅速发展,并不断更新。虽然PET/CT在2000年底才正式商品化,但到2003年,其销售份额已占整个PET的65%,2004年这一数值很可能增长到95%。在美、欧等西方国家,随着越来越多的PET检查项目被列入可报销范围,PET/CT的应用范围和普及程度都会相应增加。目前,主要有三个厂家提供商品化PET/CT4,5:SIEMENS公司和CTI公司合作生产,分别取名为Biograph和Reveal系列；GE公司提供Discovery LS和Discovery ST系列；PHILIPS公司的Gemini型PET/CT。4 国内SPECT、PET应用概况我国具有核医学工作者5600多人，国内现有450台SPECT，18台PET，14个PET中心，至2004年已引进PET/CT 3台。5 展望15，16目前，核医学已迈进PET时代，美国等国家都争先购置PET装置，不少国家还建立了作为医学现代化标志的PET中心。随着PET/CT商业上的巨大成功和应用范围的迅速扩大,很可能会促进PET与MRI融合设备的尽快推出和迅速发展,这一技术预计对脑部疾病的诊断和研究会有很大的帮助。此外,还将促进用于小动物研究的PET/CT和PE