1、PET/CT技术摘要本文主要探讨了PET/CT的成像原理，及其在医学诊断特别是在心脑血管疾病和肿瘤等重大疾病的早期诊断方面的优势。相继介绍原理、主要参数、优势。最后介绍了PET/CT的技术进展。PET/CT能将PET（功能代谢显像）和CT（解剖结构显像）两种先进的影像技术有机地结合在一起，让具有不同特征的影像在同一平台显示、解读、对比与分析，具有广泛的应用前景。关键词：PET/CT成像原理图像融合计算机断层成像1绪论1.1应用背景据统计，目前全世界每年大概有1500万人死于心脑血管疾病，800万人死于癌症。其中我国每年死于心脑血管疾病的人数接近300人，占我国每年总死亡病因的40%左
4、学戴维斯分校和宾夕法尼亚大学正联合开展的超级正电子发射成像系统“EXPLORER”轴向长度达到2米，旨在提升系统灵敏度和成像空间分辨率。而作为PET系统核心技术之一的PET电子系统设计，全球众多核医学成像领域的科研机构中，只有极少数如美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)拥有PET整体电子系统设计经验。由于PET的高技术门槛,目前全世界仅有美国GE(通用电气)公司、德国西门子公司和荷兰飞利浦公司三家企业具备成熟的研发和生产PET系统。另外日本东芝2009年年底也正式在美国成立PET研发小组，加入了PET设备研制领域的竞争。国外公司的垄断,造成了中国PET/CT价格的畸高，为了摆脱国外的产业垄断
6、型计算机断层显像技术(positronemissioncomputedtomography)。其原理是通过标记参与人体代谢的某些化合物的元素,如碳、氟、氧和氮的同位素,(11C、13N、15O、18F)1种或2种,注入人体后成为稳定的化合物,在活体内参与细胞代谢。示踪剂的放射性核素在体内进行衰变,由于是乏中子核素,在衰变过程中发生质子、中子互相转化,放出+粒子即正电子。正电子在组织中只能存在瞬间,便很快与组织中的负电子相互作用,生成两个能量相等(511KeV)、方向相反的光子,称湮没辐射，如图2.1-1所示。在这对光子飞行方向上设置一对检测器，可以几乎同时接
7、收到这两个光子，从而推定正电子发射点在两探测头的连线上，如图2.1-2所示，通过360度排列的多组配对探头，就可以得到探头对连线上的一维信息。将信号中心点反投射并加以适当的数学处理，便可以形成断层示踪剂分布图像。凡代谢率高的组织或病变在PET上呈明确的高代谢亮信号，凡代谢率低的组织或病变在PET上呈低代谢暗信号，从而通过病灶部位对示踪剂的摄取情况了解病灶功能代谢状态，对疾病做出正确诊断。图2.1-1湮灭辐射图2.1-2伽马射线检测正电子在人体内湮灭的同时产生互为180度的511keV的光子，这两个光子同时击中探测环对称位置上的两个探测器，每个探测器接收到光子后产生一个定时脉冲，这些定时脉冲
10、信号越弱；相反，组织密度越低，如脂肪和空气等，吸收X射线量越少，探测器接收到的信号越强。探测器分辨X射线量的敏感程度比X射线透视（荧光透视和电视增强透视）和X射线胶片摄影等高得多。因此，其对组织密度的分辨率较常规方法高1030倍。可见人体X射线吸收的系数与形成的像素有直接的关系，即在单元分得越小，要求出的吸收系数越多，像素越小，数目多，就越能反映组织的密度和解剖结构，像素是用黑白不同的灰阶将吸收系数反映在CT平面图像上，也是构成CT图像的最基本单位。像素从根本上说是一定体积的X射线吸收系数，这种含有一定厚度，的像素也称为体素。矩阵是构成一幅CT图像吸收系数（像素）的排列方
12、tionmethod）；迭代法（interactivemethods），包括代数重建法（simultaneousreconstruction）、逐线校正法（ray-by-raycorrection）、逐点校正法（point-by-pointcorrection）；解析法（analyticmethods），包括二维傅立叶变换法（two-dimensionalfourieranalysis）、滤波反投影法（filteredback-projection）、和褶积反投影法（convolutedback-projection）。这三种方法，目前多采用解析法，此方法不仅运算量小，而且，
13、图像质量也比较好。2.3PET/CT的工作原理近年来，影像诊断学的一个重要进展，就是图像融合技术的发展与应用。图像融合包括硬件与软件，是一个全自动图像配准及多种图像的解读技术，它不仅具有全自动的功能与解剖图像的融合，还可以让具有不同特征的影像在同一平台显示、解读，对比与分析，为临床诊断与治疗之间架起了一座高速、流畅的桥梁。图像融合最引人瞩目的产品就是PET/CT,就是将“正电子发射计算机断层显像技术-PET”所获取的功能性信息，与“X-射线计算机体层显像技术-CT”获取的解剖学信息进行融合。PET主要根据示踪剂来选择性地反映组织器官的代谢情况，从分子水平上反映人体组织的生理、病理
15、view，简称FOV）中，PET所得到的放射性分布图像并不是一个点，而是有一定扩展，所得到的是一个“球”，球的大小反映了PET的空间分辨能力。分辨率定义为该点源的扩展函数的半宽高，主要取决于环形探测器的位置分辨。另外，点源放在视野中不同位置，其分辨率稍有不同，距FOV中心越远，其分辨率越差。3.2灵敏度PET灵敏度常用单位体积内单位辐射剂量情况下探测器探测到的事例来表示。灵敏度越高表明在一定统计误差要求下，对特定脏器的放射性强度要求越低。影响灵敏度的主要因素有:第一，整个探测器对被测物体所张的立体角。第二，探测器本身的探测效率，即探测器响应事例数与入射事例数的比例。第三，系统时
20、10min，药物的成本直接影响PET/CT的卫生经济价值。5PET/CT技术进展5.1新型闪烁晶体随着世界PET技术向着高空间分辨率、高灵敏度和高信噪比方向发展，作为PET核心技术的光子检测器的设计制造成为国内外PET技术发展的瓶颈之一，如何实现高性能的伽玛光子检测器的设计制造成为研究的热点。传统PET系统中的检测器模块通常由三部分组成：晶体矩阵、玻璃光导层和光电倍增管（PhotomultiplierTube，PMT）。如图5.1-1所示，晶体层是由细长的小晶体组成的晶体阵列，晶体两两之间用反光片隔开，保证了晶体之间的光密性；光导层的主体是光导玻璃，实现分光作用；光电倍增管层则由多个相
24、。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。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）。点扩散函数用于描述一个图像系统对于一个点源或点物体的响应，通常用于像显微镜、眼科学和天文学（比如哈勃望远镜）这类高精图像设备上，以获得高精度的图像。如图5.4所示，在传统PET技术中，如果光子来自于视野中间，响应线（Lineofresponse,LOR）可以准确地落在光子所进入的晶体上。如果光子离FOV越远，响应线位置的计算就越不准确，因为该光子将以一定角度穿透晶体进入另一个晶体发光。HD技术整合了数百万个精确测量的点扩散函数（PSF）。使用精确的点扩散函数将响应线（LOR）与它们的真实几何位置准确对位，显著地降低了图像模糊与失真。图5.4HD技术可以获得均匀的高清图像。(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