PET-CT成像原理與應(yīng)用

走進(jìn)PET_CTPET_CT(positronemissiontomography/computedtomography)全稱為正電子發(fā)射斷層顯像/X線計算機(jī)體層成像儀，是一種將PET（功能代謝顯像）和CT（解剖結(jié)構(gòu)顯像）兩種先進(jìn)的影像技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起的新型的影像設(shè)備。它是將微量的正電子核素示蹤劑注射到人體內(nèi)，然后采用特殊的體外探測儀（PET）探測這些正電子核素人體各臟器的分布情況，通過計算機(jī)斷層顯像的方法顯示人體的主要器官的生理代謝功能，同時應(yīng)用CT技術(shù)為這些核素分布情況進(jìn)行精確定位，使這臺機(jī)器同時具有PET和CT的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)揮出各自的最大優(yōu)勢。1.PET_CT的成像原理1.1PET的基本原理正電子發(fā)射型計算機(jī)斷層掃描顯像儀（簡稱PET）由探頭、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、圖像顯示及檢查床組成。PET使用正電子示蹤劑，核素衰變過程中正電子從原子核內(nèi)放出后很快與自由電子碰撞湮滅，轉(zhuǎn)化為一對方向相反、能量為511keV的γ光子。在這光子飛行方向上設(shè)置一對探測器，便可以幾乎在同時接收到這兩個光子，并可推定正電子發(fā)射點(diǎn)在兩探頭間連線上，通過環(huán)繞360o排列的多組配對探頭，得到探頭對連線上的一維信息，將信號向中心點(diǎn)反投射并加以適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理，便可形成斷層示蹤劑分布圖像。凡代謝率高的組織或病變，在PET上呈明確的高代謝亮信號，凡代謝率低的組織或病變在PET上呈低代謝暗信號。1.2CT的基本原理計算機(jī)斷層掃描顯像（簡稱CT），利用人體各種組織對X線的吸收能力不等的特性，X線通過人體衰減，經(jīng)重建計算獲得圖像矩陣。CT對組織的密度分辨率較高。1.3PET_CT的工作原理PET主要根據(jù)示蹤劑來選擇性地反映組織器官的代謝情況，從分子水平上反映人體組織的生理、病理、生化及代謝等改變，尤其適合人體生理功能方面的研究。但是圖像解剖結(jié)構(gòu)不清楚；CT功能有：采用X線對PET圖像進(jìn)行衰減校正，大大縮短了數(shù)據(jù)采集時間，提高了圖像分辨率；利用CT圖像對PET圖像病變部位進(jìn)行解剖定位和鑒別診斷。所以PET/CT從根本上解決了核醫(yī)學(xué)圖像解剖結(jié)構(gòu)不清楚的缺陷，同時又采用CT圖像對核醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行全能量衰減校正，使核醫(yī)學(xué)圖像真正達(dá)到定量的目的并且提高診斷的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了功能圖像和解剖圖像信息的互補(bǔ)。圖1PET_CT圖像2.PET_CT與傳統(tǒng)CT或PET相比優(yōu)勢所在大多數(shù)疾病都會經(jīng)歷從基因突變到代謝異常再到形態(tài)改變的發(fā)展過程。傳統(tǒng)的CT檢查密度分辨率高、定位準(zhǔn)確，但只有當(dāng)疾病發(fā)生到“形態(tài)改變”這一階段才能被發(fā)現(xiàn)，因此不能達(dá)到“早期診斷”的目的；傳統(tǒng)的PET檢查，雖然能在“代謝異常”階段就能發(fā)現(xiàn)病灶，但是由于缺乏周圍正常組織的對照致使定位模糊。PET_CT一次顯像能同時獲得PET和CT兩者全身各方面的斷層圖像，既發(fā)揮了兩者的優(yōu)勢，又有效的彌補(bǔ)了兩者的不足。PET_CT全方面實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)影像學(xué)“四定”目標(biāo)：“定位”：發(fā)現(xiàn)病變和明確病變部位

“定性”：明確顯示形態(tài)和功能變化的病理和病理生理性質(zhì)

“定量”：量化疾病或病變在形態(tài)學(xué)上及功能上的改變

“定期”：確定即便的發(fā)展階段3.PET_CT的應(yīng)用PET_CT是核醫(yī)學(xué)最先進(jìn)技術(shù)和CT最先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合,對病灶定性、手術(shù)和放射計劃治療定位，以及代謝疾病研究和受體疾病研究具有重要的價值。其在臨床的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，主要用于腫瘤的早期定性診斷、心肌細(xì)胞活性的判斷及腦代謝與神經(jīng)功能的研究。3.1接受PET_CT檢查時需注入人體同位素，也稱正電子發(fā)射核素此類同位素均為生物的基本元素，都是短壽命的，故醫(yī)院本身或附近需備有生產(chǎn)該種同位素的回旋加速器。常用的正電子發(fā)射核素半名稱、半衰期和應(yīng)用范圍如表1所示。表1常見正電子發(fā)射核素的半衰期、能量、用途及生產(chǎn)方式核素名稱半衰期正電子能量生產(chǎn)方式用途F-18（氟18）109min.1.65MeV回旋加速器脫氧葡萄糖代謝情況。腫瘤性質(zhì)、心臟及血管、神經(jīng)系統(tǒng)?；?、放療療效評估。C-11（碳11）20min.1.98MeV回旋加速器膽堿代謝情況。腦、前列腺、膀胱。化療、放療療效評估。N-13（氮13）10min.2.22MeV回旋加速器膽堿代謝情況。腦、前列腺、膀胱。化療、放療療效評估。O-15（氧15）122sec.2.75MeV回旋加速器蛋氨酸代謝情況。腫瘤輪廓劃定。采用正電子放射素與人體內(nèi)某些代謝活性物質(zhì)相結(jié)合，可反映相關(guān)組織器官內(nèi)的局部血流量、氧利用率、葡萄糖和蛋白質(zhì)代謝程度，與正常情況對照，依此來診斷疾病。因?yàn)樵S多疾病對糖和氨基酸的需求量增加。PET_CT的診斷方法稱為無創(chuàng)性的。3.2PET_CT在腫瘤學(xué)方面的應(yīng)用主要用于腫瘤定性、分期、分型等早期診斷和鑒別，治療方案的選擇和療效監(jiān)測等。通過CT及MRI發(fā)現(xiàn)腫塊之時，病人的組織結(jié)構(gòu)形態(tài)已經(jīng)發(fā)生了變化，會錯過了最佳的治療機(jī)會。PET的最大優(yōu)勢就在于可以從分子代謝的水平上早期發(fā)現(xiàn)腫瘤。3.3PET_CT在心臟系統(tǒng)疾病方面的應(yīng)用主要用于隱性、高危和疑難冠心病診斷，心肌存活檢測、介入治療前后監(jiān)測等。應(yīng)用18F-FDG-PET顯像觀察心肌代謝是冠心病診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，對冠狀動脈搭橋術(shù)的篩選也具有不可估量的作用。3.4PET_CT在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的應(yīng)用主要用于腦血管疾病研究、神經(jīng)精神藥物研究及腦功能研究等。不僅對早期急性腦梗塞診斷起重要作用，也對神經(jīng)生理學(xué)機(jī)理研究提供了有價值的信息。4.展望自問世以來，PET_CT已充分體現(xiàn)了其臨床價值，并不斷改進(jìn)升級。最新的發(fā)展已經(jīng)應(yīng)用了64層螺旋CT，采集時間更短，圖像質(zhì)量更高，并應(yīng)