最新PET/CT产品介绍及应用优势

1 PET 的新型闪烁晶体及切割技术

闪烁晶体的合理选用对于提高PET 的时间和空间分辨力有着决定性的作用。因此，为了获得尽可能高的空间分辨力和时间分辨力，使用性能更优的闪烁晶体材料来制作探测器是最有效的方法之一。近年来，闪烁晶体材料得到了迅速的发展，从最早期的NaI(碘化钠)晶体到BGO(锗酸铋)晶体，再到后来的GSO(硅酸钆)，直到目前被业界广泛认可并接受的LSO(硅酸镥)[1]。

BGO 出现于20 世纪70 年代早期，曾经是PET 使用的主要晶体，但由于其余辉时间较长(300ns)，限制了符合时间分辨率，降低了采集效率[2]。GSO 晶体的一级余辉时间为56ns，具有较好的符合时间分辨率，但是其具有二级余辉效应(600ns)，且该晶体机加工性能差，易裂，这些极大限制了GSO 应用范围。目前为止，成熟应用于商业设备的PET闪烁晶体，业界普遍公认LSO 是综合特性最好的晶体[3]，它的密度和原子序数都较高，对γ射线有高的探测效率,晶体物理性能好，牢固且不吸湿。此外，最重要的是它的余辉时间仅40 ns(无二级余辉)，这为PET的快速扫描提供了可能。表1中总结的是这些晶体的物理参数。

表1 PET晶体物理性能对比

LSO晶体的主要优势是快速扫描，LSO PET/CT全身扫描时间仅需7～15min，而传统BGO PET/CT全身扫描时间约需30min。LSO PET/CT的高病人流通量使得每日可做多至17例全身检查，明显提高医院的经济效益，加快设备的投资回报。另一方面，快速的全身扫描使病人受检时因身体位移造成图像质量受到影响的因素大大减少，因此明显提高了诊断的准确性。LSO PET/CT的快速扫描特别适合于VIP患者、危重患者、儿童患者等不适于长时间接受检查的病人。

新型晶体诞生才得以允许将晶体切割得更小，晶体越小，PET分辨能力越高。高分辨能力提高了病灶检出率，提高诊断准确性，是医院购置高端设备首先需要考虑的前提。LSO HI-REZ (晶体倍增)技术充分利用了LSO 独特的闪烁特性优势，显著提高了PET的分辨率。LSO HI-REZ技术所提供的4mm正方形LSO晶体及由此所得到的小体积尺寸都是当今无与伦比的，这使得系统的容积分辨率较以前提高了250%。基于该技术的应用，PET/CT具备了超高系统计数率、更短的病人扫描时间、优异的体积灵敏度、超高的空间采样和各向同性的空间分辨率。凭借其对高分辨的代谢和解剖信息的精确配准及融合，为临床医生提供了全新的、最有力的诊断工具。

2 PET高分辨率技术

2007年6月2日至6日在美国华盛顿举办的核医学学会(SNM)年会上，推出了一种新式高分辨率正电子发射断层扫描成像(HD-PET)系统。这是一种高分辨率的PET技术，在整个视野内都可提供更清晰的图像，能够提供小病灶的出色影像，具有更大的疾病分期能力和治疗准确度，能让医生更有把握确定淋巴结、腹部、头颈部和脑部的小病灶，从而更早地提供针对性的治疗方案。

传统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，这导致离中心越远图像越模糊。HD-PET的重建函数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，HD-PET将响应线(LOR)与它们的真实几何位置准确对位，显著降低了图像模糊与失真(图1)。通过采用专利的重建技术，HD-PET可提供不变形的全视野图像，2mm这一更高的分辨率使医生可更精确地从中心到边缘观察微小的病灶(图2)。PET系统清晰度的增加还显著提高了对比度，信噪比提高了2倍，显示的图像更为清晰。这使临床医生能够更好地区分健康的与可疑的组织。PET高清晰成像系统的优势包括更好的癌症诊断、疾病分期、治疗和术后/放射后监测。HD-PET还因其可检测出病灶的精确范围而提高放疗规划的准确性(图3)。高清晰度的影像对于监控手术后或治疗后的患者非常重要。影像清晰度可使医生能够发现小的早期复发的头颈部恶性肿瘤，尤其对手术后和放射治疗后解剖结构变形的患者。

图1 (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的错位考虑进去，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。

图2 HD-PET的重建函数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，HD-PET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3 HD-PET可明显检测出较小的病灶并给出病灶的精确范围，从而提高放疗规划的准确性。

3 PET飞行时间(TOF )技术

上世纪80年代有专家提出，通过测定正电子湮灭时发出的两个光子到达不同探测器时间的不同而直接推算出湮灭发生的具体位置，即TOF(Time of Flight)技术，这样，不需要复杂的计算就可直接得到PET影像，但是由于晶体技术和计时技术水平有限，最终没能实现。LSO 和LYSO快速闪烁晶体引起了人们对PET 飞行时间(TOF，Time of Flight)方面的兴趣[4]。具有快速闪烁晶体和电子线路的设备可在一定分辩率之内，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。例如，一台符合时间分辩率为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。与之不同的是，湮灭发生最可能的位置是在不确定分布的中心。TOF分辩率改善时，空间的不确定性减少并且信噪比以极大的倍数增加。采用飞行时间技术在侦测每个符合光子时，能够测量实际的时差。这种时间信息可用于在沿每条响应线(LOR)的小范围内更好地定位事件。采用TOF 更出色地定位每个事件，可降低重建图像的模糊度(图 4)。

图4 传统PET在侦测符合光子时，4 条响应线汇聚在一起，生成的图像粗略地近似于实际图像，模糊情况突出。TOF扫描是按照时间沿每条响应线进行的，可更好地估计实际图像，降低模糊度。

4 PET视野扩大和散射校正技术

视野扩大技术可使轴向视野(FOV)扩大33%，从而使计数率性能提高70% 以上，确保在临床应用中灵活降低剂量率或使扫描时间减半。要想充分利用扩大的FOV，可提高三维PET 采集的接受角度。通过这种方法，可在给定的单位时间内测量更多的响应线。通过增加响应线可提高计数率性能，从而使扫描方案变得更加灵活。利用视野扩大技术，可改善图像品质，同时短缩扫描时间，或降低注入的剂量。扫描时间缩短可减少患者的运动，从而减少运动伪影，为其他专门CT 扫描腾出更多时间。

散射校正是PET 图像质量的重要组成部分，尤其对于心脏扫描而言。在心脏扫描中，散射光子经常是肝脏和肠道等心脏周围组织结构活动的结果。不采用散射校正，图像的质量就会降低，即使能够用来诊断，也会使分析变得很困难。为改善图像分析结果，完成患者评估，可采用散射校正技术——一个基于模型的高效Compton 散射校正系统(采用基于Monte Carlo 的计算技术)。这种散射模拟算法采用一种独特、直观的采样技术，对样本散射点进行求和处理。散射校正非常的高效，因为它可反复使用通过对象的射线总和，计算散射对多个响应线的影响。我们基于散射的计算法经证明，可为针对不同患者定制的散射校正提供最佳的速度和精度的平衡。

5 PET后处理技术

图5 全身三维的自动对准，可高效地对比如治疗前、治疗中和治疗后的扫描结果。

准确的诊断、精确的分期、有效的疗效评估、治疗后再分期等对肿瘤的治疗决策至关重要。随着影像医学的快速发展，近20年来，影像技术的应用使肿瘤治疗进入了一个“精确定位、精确计划、精确治疗”的时代[5,6]。传统的PET评估肿瘤治疗效果的方法是：首先分别回顾治疗前后的PET图像，然后对图像进行比较，最后得出比较结果。这类方法耗时较长，图像需要逐层比较；人为因素影响大，比较结果不准确。目前，PET后处理技术可加速癌症管理流程，提供高质量生物效应评估，可高效地对比三个不同时间点的扫描(如治疗前、治疗中和治疗后)(图 5)。对于PET/CT、SPECT/CT以及不同时间扫描得到的CT或MRI图像，PET后处理技术可自动配准和显示，方便随访对比，帮助临床医生更好地做出治疗决策。新型的后处理技术具有以下4个功能：(1)全自动精确图像融合(器官部位配准和病灶配准)；(2)多方式立体观察；(3)精确定量分析(SUV值，肿瘤大小等)；(4)自动生成报告。应用TrueD技术，临床医生可大大地减少对肿瘤等疾病的诊断时间，并可有效地给出治疗方案等。

6 CT球管技术及高分辨技术

新型的CT球管采用球管直接冷却技术，完全不同于传统的阳极冷却方式。它可以使机架旋转速度达到0.33s/周，并且可在最高扫描速度条件下实现无限制容积覆盖而不牺牲图像质量和分辨率。球管直接冷却技术实现了超大的散热效率，所以不需考虑阳极热容量的存在(OMHU阳极热容量新概念)。

最新的CT 高分辨技术没有通过缩小探测器尺寸来改善空间分辨率，而是使用两个重叠的X 射线束，大幅提高了空间分辨率(0.4mm)，同时保持剂量不变(图6)。这使无论在任何扫描、转速及任何扫描位置条件下，都能获得高达0.33mm的业界领先的各向同性分辨率。此外，该系统可满足腕部、关节和内耳检查超高分辨率骨成像的要求。我们进一步提高了空间分辨率的上限，提供无与伦比的0.24 mm各向同性分辨率——迄今为止，只有平板和microCT 技术可达到。

图6 常规的64 断层技术在常规临床扫描的分辨率方面存在很大的局限性。使用两个重叠的X 射线束，同时保持剂量不变(Z-Sharp技术)，无论在任何螺距和扫描速度条件下，都能清晰显示0.4 mm的像。

7 CT实时剂量调制和自适应剂量屏蔽技术

CT实时剂量调制方案采用一种先进的计算技术，在螺旋和序列扫描中，这种计算技术可根据患者身体组织的具体形状，实时进行X 射线管电流调制。它可针对低衰减视图降低患者剂量，而对高衰减角度，则保持稍高的电流。基本电流设置是通过最初的定位片确定的。在扫描过程中，探测器组件测量通过患者的衰减，并将该信息传送至X 射线管的输出发生器，确保电流处于可提供理想图像质量的水平。CT实时剂量调制技术可带来如下经济和临床益处：(1)相对于未采用实时剂量调制技术的临床成像方案，可在确保相同图像质量的情况下，使剂量降低高达66%；(2)扫描肩部等不对称身体部位或扫描双臂置于身体两侧的患者时，可改善图像质量，减少伪影降低功耗和热负载；(3)更大的螺旋扫描范围和更高的多期检查灵活性，尤其适用于肥胖患者；(4)适用于儿科患者的低剂量检查。

CT 领域独一无二的自适应剂量屏蔽技术是新型的X 射线管设计不可分割的一部分。它可移动X 射线管上的准直仪，挡住不必要的辐射剂量。这种自适应剂量屏蔽装置可在螺旋扫描开始时动态地打开，并在螺旋扫描结束时动态地关闭。如今可消除所有临床不必要的剂量。它不仅适用于各种专用应用，还适用于所有螺旋采集，使您能够在腹部CT等常规检查中，降低20%的剂量。

[1]WatanabeM, Shimizu K, Omura T, et al. A new high resolution PET scanner, dedicated to brain research [J].IEEE Transactions on Nuclear Science, 2002, 49 (2):634-639.

[2]Weber MJ, Monchamp RR. Luminescence of Bi4Ge3O12: spectral and decayproperties [J]. J Appl Phys, 1973, 44: 5495-5499.

[3]Melcher CL, Schweitzer JS. Cerium-doped lutetium oxyorthosili-cate: a fast , efficient new scintillator [J].IEEE Trans Nucl Sci, 1992, NS39: 502-505.

[4]Surti S, Kuhn A, Werner ME, Perkins AE, Kolthammer J, Karp JS. Performance of Philips Gemini TF PET/CT scanner with special consideration for its time-of- fl ight imaging capabilities [J]. J Nucl Med. 2007;48:471–480.

[5]Weber WA. Assessing Tumor Response to Therapy [J]. J Nucl Med, 2009, 50(5): 1S-10S.

[6]Kresnik E, Mikosch P, Gallowitsch HJ, et al. Evaluation of head and neck cancer with 18F-FDG PET: a comparison with conventional methods[J]. Eur J Nucl Med, 2001, 28 (7): 816-821.

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2011-03-29

姚稚明，博士，硕士生导师，主任医师，卫生部北京医院核医学科主任