PET成像技术原理

MOLECULARIMAGINGPET成像技术原理正电子·湮灭辐射·符合探测·分子影像汇报医学影像学教研室日期2026年8月内容导览01物理基础正电子发射与湮灭辐射的物理本质02探测原理符合探测技术与探测器系统构成03图像重建从投影数据到断层图像的算法路径04临床应用PET在肿瘤、神经与心血管领域的价值CHAPTER物理基础从原子核到光子信号理解正电子发射与湮灭辐射，是进入PET世界的第一把钥匙。01β+衰变产生正电子正电子是

PET成像信号的第一来源物理机制稳定性机制原子核稳定性取决于中子/质子比例β+衰变中子缺乏核素通过β+衰变趋向稳定质子转变方程核内转变：p→n+e⁺+νₑ粒子属性与应用条件反物质属性正电子是电子的反物质粒子：质量相同、电荷相反粒子属性核素要求发射核素需兼顾半衰期与可标记性应用条件湮灭产生511keV光子对511keV

与

180°

构成符合探测的物理前提湮灭过程01射程：正电子穿行1-3mm后停止决定空间分辨率极限02动能损失→停止→湮灭正电子动能逐步损失直至与电子湮灭03质量→能量依据E=mc²产生一对511keV光子探测前提01能量确定：511keV用于能量甄别02方向确定：180°

反向用于符合定位03双光子同时时间符合判选常用正电子核素参数核素半衰期生产方式典型应用氟-18109.8min回旋加速器FDG肿瘤显像碳-1120.4min回旋加速器受体显像氮-139.96min回旋加速器血流灌注氧-152.04min回旋加速器氧代谢显像半衰期越短，生产与标记的时限要求越高CHAPTER探测原理捕捉成对光子的瞬间符合探测是PET区别于其他核医学成像技术的灵魂所在。02电子准直实现符合判选电子准直替代物理准直，探测灵敏度大幅提升环形阵列围绕受检者，覆盖360°探测视野对侧捕获湮灭光子对沿相反方向飞行，击中相对两探测器时间窗判选约6-12ns内同时有信号，记录为符合事件LOR定位两探测器连线约束湮灭发生的位置范围符合事件需进一步区分：真符合同一湮灭事件产生的光子对随机符合不同湮灭事件的偶然叠加散射符合光子经散射后被探测闪烁晶体与光电转换器件LSO

与

LYSO

发光衰减快、光产额高，适配飞行时间（TOF）技术闪烁晶体对比BGO密度：高探测效率：高发光衰减时间：较长光产额：一般TOF适配性：不适用LSO/LYSO密度：较高探测效率：高发光衰减时间：快光产额：高TOF适配性：适用光电转换器件PMT（光电倍增管）传统方案，增益高、技术成熟SiPM（硅光电倍增管）体积小、磁场兼容，支持

PET-MRI一体化设计功能定义：闪烁晶体接收

511keV

光子，转换为可见光信号VS三维采集与飞行时间技术采集模式对比对比维度二维采集三维采集结构环间设隔栅撤除隔栅优势散射符合减少灵敏度显著提高代价灵敏度受限散射事件增加飞行时间（TOF）技术01时间差测量测量两光子到达探测器的时间差02LOR约束将湮灭位置约束在LOR的一段范围内03信噪比提升缩短有效定位长度，提升信噪比与图像质量材料支撑：LSO/LYSO与SiPM的探测器组合良好时间分辨率依赖

LSO/LYSO

与

SiPM

的探测器组合CHAPTER图像重建从数据到图像的桥梁图像重建算法决定了PET影像的质量上限与定量精度。03投影正弦图是重建输入正弦图完整记录投影信息，是图像重建算法的唯一输入投影形成01每组LOR计数值沿径向排列，形成一维投影02同一投影用径向距离与角度两个参数描述03不同角度投影依次排列，构成完整正弦图正弦图特性与重建任务01单个湮灭点在正弦图中呈现为正弦轨迹02正弦图完整记录断层重建所需的全部投影信息03图像重建的任务：从正弦图反推放射性分布滤波反投影快速重建图像FBP：速度优先的经典重建算法原理流程01中心切片定理解析重建的数学基础02斜坡滤波在频域施加滤波，补偿高频损失，消除星状伪影03滤波反投影滤波后的投影再反投影，获得清晰断层图像性能权衡优点计算速度快适合实时预览局限噪声抑制能力弱难以纳入衰减与散射校正模型VS迭代重建与衰减散射校正校正精度决定

SUV

等定量指标的可靠性迭代重建OSEM逐步逼近真实分布迭代算法逐步逼近真实放射性分布物理模型噪声抑制将系统物理模型纳入计算，噪声抑制优于FBP计算量大质量高计算量大，但图像质量更高校正处理衰减校正针对体内光子衰减实施补偿散射校正剔除散射符合造成的本底计数CHAPTER临床应用让分子影像服务临床PET的价值最终体现在为疾病诊断与疗效评估提供分子层面的证据。04FDGPET的肿瘤诊疗价值"代谢变化

早于

形态学变化"—FDGPET的价值根基定性·分期·再分期肿瘤诊断与病程判断疗效评估代谢响应先于形态改变精准定位放疗靶区、原发灶与复发灶定量随访SUV

参数支持治疗比较代谢早于形态18F-FDG

反映葡萄糖代谢，恶性肿瘤高摄取脑代谢显像与心肌存活评估神经系统FDG脑代谢FDG反映脑局部葡萄糖代谢水平阿尔茨海默病代谢减低典型表现为颞顶叶代谢减低癫痫灶低代谢定位发作间期呈低代谢，辅助致痫灶定位心血管系统13N-NH3血流灌注评估心肌血流灌注FDG心肌存活心肌代谢显像用于评估心肌存活血流-代谢不匹配