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PET CT技术进展 2010 4 8 阅读文献 1 PET CT技术进展 王文艇 钱锋 西门子中国有限公司分子影像产品部 中国医疗设备 2009 8 2 PET CT正电子成像新技术 朱虹 罗岚 南京军区南京总医院核医学科 中国医疗器械信息 2009 9 2010 4 8 世界上首台PET CT原型机始于1998年 它联合一台单排CT扫描仪和一台PET 安装在同一个旋转机架内 并且使用同一张CT检查床 数据采集和图像重建则分别在各自的计算机系统上进行 2010 4 8 与最初的原型机一体化的方式不同 目前市场上的PET CT包含前后排列 各自独立的一台多层螺旋CT和一台PET扫描仪 检查时 患者首先通过CT扫描仪然后再进入PET的视野 CT和PET采用同一个数据采集工作站 2010 4 8 PET CT的整体工作性能取决于各个独立组件 CT组件 PET组件 电脑硬件和综合软件系统的功能等 2010 4 8 在经过许多年缓慢但却稳定的发展之后 CT在过去几年硬件和软件方面已经有了显著的进步 2010 4 8 PET在过去的十年中则经历了更加引人注目的发展 这些进步包括硬件和软件两方面 如 新型的闪烁体 更好的空间分辨率 更高的灵敏度 更精确的重建技术 最近重新引入了飞行时间测量 以及全视野一致的高精度图像技术等 2010 4 8 PET的新型闪烁晶体 上世纪70年代 PET探测器经历了从碘化钠 NaI 向锗酸铋 BGO 的转变 后者是一种具有更高密度和更大光输出量的闪烁体 大多数安装于九十年代的PET都是以BGO模块探测器为基础的 2010 4 8 九十年代后期 掺入了铈的硅酸钆 GSO 和硅酸镥 LSO 之类新的更快的闪烁晶体提高了PET的临床显像性能 GSO和LSO都比BGO拥有更短的衰减时间 是后者的1 6 1 7 从而可减少系统的死时间并提高计数率性能 2010 4 8 对于临床显像而言更重要的是使用更快的闪烁体以缩小符合时间窗 进而减少随机符合率 新闪烁体增加的光输出提高了能量分辨率 因为可见光光子数目的增加减少了能量测量中的统计涨落 2010 4 8 由于模块可以被切割成更小的晶体 更高的光输出同样提高了一个探测模块的定位精度 进而提高空间分辨率 2010 4 8 表1 PET晶体物理性能对比 2010 4 8 BGO LSO和GSO晶体不易潮解 易于进行探测器的加工和包装 GSO在某种程度上比BGO或LSO更脆弱 更难加工 LSO具有大约280Bq mL的内在放射性活度 单光子发射能量范围在88 400keV 这样一个有放射性的组件对于511keV的符合计数影响很小 2010 4 8 LSO晶体的主要优势是快速扫描 LSOPET CT全身扫描时间仅需7 15min 而传统BGOPET CT全身扫描时间约需30min 2010 4 8 LSOPET CT的高病人流通量可明显提高医院的经济效益 加快设备的投资回报 另一方面 快速全身扫描使病人受检时因身体位移造成图像质量影响因素大大减少 因此明显提高了诊断的准确性 2010 4 8 空间分辨率的提高 正电子的射程和光子的非共线性减低分辨率的程度是由湮灭正电子能量和探头孔径分别确定的 事实上 临床显像的分辨率还受探测器元件 模块编码方案 重建算法和平滑滤波之类的其他因素影响 2010 4 8 对于给定扫描的几何条件 PET生物标记物如18F FDG以及显像程序之后 可达到的空间分辨率将首先取决于探测器元件的大小 2010 4 8 图1 不同晶体元件对临床显像的影响 2010 4 8 A 图 低分辨率扫描展示了2个左侧淋巴结的摄取 提示原发病灶位于左侧 因此计划进行左颈部清扫术 B 图高分辨率扫描还显示了右侧的摄取 提示为双侧病灶 扫描图上标出了SUV 患者因此也进行了对侧颈部清扫术 术后两侧病变都得到了证实 2020 3 10 20 可编辑 2010 4 8 灵敏度的提高 PET本质上是3D显像方法 使用符合探测的电子准直替代了单光子显像所需要的物理准直 2010 4 8 由于受晶体性能限制 首台多环BGO晶体PET仍使用了隔栅 铅或钨制隔板放在了探测器环之间 2D显像模式 隔栅的目的在于限制入射光子的角度 使探测器不能接受横断面以外散射而来的光子 以此来降低噪声 但这样会使系统的灵敏度大大降低 2010 4 8 以LSO和GSO为基础的扫描仪使情况发生了改变 这些设备可以较小的符合时间窗 4 5 6ns 和更高的能量阈值 400 450keV 运行 而BGO晶体扫描仪时间窗是10 12ns 能量阈值是350keV 2010 4 8 扫描仪的灵敏度还可通过添加更多的探测器材料获得提高 平面灵敏度可以通过增大闪烁体厚度予以提高 厚度增长50 20mm 30mm 可以使灵敏度增加40 轴向覆盖范围越大 发射出的射线利用率越高 对于给定体积的闪烁体而言利用率也越高 2010 4 8 对于大多数PET CT而言 PET的轴向覆盖范围是大约16cm 24环 而最近的设备则能达到21 8cm 52环 后者包含32000个以上 4 4 20 mm3的LSO晶体 并且在一个床位就可以采集109层2mm厚的横断面 2010 4 8 具有21 8cm的轴向覆盖范围的PET CT的PET扫描需要5个床位 每个床位2 3min FOV的扩大不仅由于其内在灵敏度的增加而减少了每个床位的采集时间 而且覆盖标准全身显像范围需要的床位数也减少 2010 4 8 PET飞行时间 LSO和LYSO快速闪烁晶引起了人们对PET飞行时间 TOF TimeofFlight 方面的兴趣 具有快速闪烁晶体和电子线路的设备可在一定分辨率之内测量患者体内由正电子湮灭产生的一对光子到达探测器的时间差异 以此来确认正电子湮灭的位置 2010 4 8 一台符合时间分辨率为500ps的扫描仪 在湮灭位置上的空间不确定性就是7 5cm 这种不确定性导致不能将湮灭定位于一个2mm的体素中 但这仍好于没有一点时间信息并且将可能性平均地分配于响应线上所有体素的情况 湮灭发生最可能的位置是在不确定分布的中心 2010 4 8 TOF分辨率改善时 空间的不确定性减少并且信噪比以极大的倍数增加 TOFPET在1980年代早期被开发 但直到最近 既快又灵敏的闪烁体的出现之后 这种兴趣重新燃起 2010 4 8 全视野一致的高精度图像技术 传统PET图像由于受探测器的影响 视野中心图像清晰 而视野外周分辨能力差 最近 一种可以提高图像均匀度 分辨率和信噪比的图像技术 SiemensBiographHD 投入商业应用 2010 4 8 该技术在快速闪烁晶体LSO以及超高速电子线路的基础上应用了点扩散函数 PointSpreadFunction PSF 2010 4 8 图2 HD技术可以获得均匀的高清图像 2010 4 8 A 传统的PET在整个FOV内使用一样的重建原理 并不把探测器的几何构造和响应线 LOR 的错位考虑进去 这导致了图像边缘失真 离FOV越远图像越模糊 B 采用PSF技术可以精确描述响应线位置 以此定位正电子湮灭事件 2010 4 8 PET CT的临床应用 全球范围内有五家PET CT制造商 西门子医疗 GE医疗 日立医疗 飞利浦和东芝医疗公司 下表总结的是由西门子分子影像 GE医疗和飞利浦提供的PET CT机型的特点 2010 4 8 表2 西门子医疗 GE医疗和飞利浦医疗PET CT机型的特点 2010 4 8 PET CT临床应用广泛 目前主要用于对肿瘤 神经系统 心脏等疾病早期诊断 特别是在肿瘤的定性定位诊断 良恶性的鉴别诊断