【2020年整理】核医学大型影像设备发展趋势

上海医疗器械高等专科学校

核医学大型影像设备发展趋势

核医学大型影像设备发展趋势

摘要

随着各种“组学”、“工程学”和“循证医学”的发展，临床医学从原始的“经验化治疗”、“同类疾病统一治疗”发展成为“个体化治疗”的分子病因诊断和分子靶向治疗的新时代[1]。个体化治疗的前提是在体准确识别病因靶[2]。因此，多种影像技术（设备）融合的分子影像技术，已经成为并将在未来20-30年内继续成为医学影像学发展的主要方向。本文根据中华医学会核医学分会2010年普查结果，参考近期文献和与国外专家直接交流获得的信息，重点介绍PET/CT 和PET/MR的技术进展。

关键词：核医学，PET/CT;PET/MR

目录

摘要 (1)

目录 (2)

第一章融合影像技术发展的基本条件 (3)

第二章 PET/CT设备的发展 (3)

第三章 PET/MR融合技术 (4)

3.1 PET/MR与PET/CT的比较 (4)

3.2 PET/MR的临床价值 (4)

3.3 PET/MR的技术难点与要求 (5)

五、关于融合设备未来的预测 (5)

参考文献 (8)

第一章融合影像技术发展的基本条件

1.以PET/CT为代表的融合影像依赖于现代科学技术的支持。材料、制造、电子、计算机与信息技术不断为PET/CT技术发展注入活力；生物技术、药学、医学的进步，使PET/CT的科学和临床价值得到充分体现。

2.分子影像显示体内疾病靶分子的能力，源于所选用的分子探针。各种“组学”、“工程学”发现的病因靶，经过处理、筛选，与信号源连接形成分子探针，能够在体内与病因靶动态结合，同时能释放信号用于测定和成像。多种物质可作为信号源（如纳米粒子、微泡、发光物质与磁物质等），但以放射性核素，特别是正电子类核素标记技术最成熟。其发展快、应用广、效果肯定，是PET/CT保持技术领先地位的重要条件。分子探针是融合影像技术今后的主要发展重点之一。

3.PET/CT的价格较高，必须严格适应证，充分考虑价格益比。大量数据证明，通过PET/CT对肿瘤的早期诊断、准确分期和及时监测疗效，可以降低医疗成本，为国家和社会节省卫生资源。多项大样本（数万例）研究证实，PET/CT对各种肿瘤的临床决策影响率均超过30%。目前国内PET/CT服务价格偏高，无医疗保险覆盖，阻碍PET/CT推广。组织多中心临床研究，获得循证医学证据，适当降低收费，争取医疗保险支持，对中国PET/CT事业发展十分重要。

4.知识结构和人员素质是保证融合影像诊断准确性的基本条件。PET和CT的融合产生了影像判断的革命性转变。根据图像模式的转变，拓宽相关影像专业知识，重视使用、操作、判断的规范，特别是对所有相关技术人员的不断培训和继续教育，通过临床路径，结合医疗保险是确保PET/CT技术健康发展、正确使用的必要条件。

第二章 PET/CT设备的发展

提高采集速度，最大程度利用分子探针的信息，减少处理的复杂性，改进同步采集能力，制造最大程度发挥PET/CT技术潜能的设备，并通过融合、多探针方式满足临床不同需要，是PET/CT在今后15-20年内的主要发展方向。

1.改善探测元器件。探测器负责捕捉正电子湮灭光子、能量转换及光电转换，并输出电脉冲，是PET的“眼球”。

晶体：将高能光子转变为可探测的低能光子。理想的晶体性能包括：入射光子阻滞率高、初级闪烁光子量大、光衰减快、光子输出量高、能量合适、光衰减小等。早期的碘化钠、锗酸铋等，均未满足上述需求。

光电元件：将晶体输出的低能光子转化成电信号。光电倍增管的型号增益达106-107倍。线性好，技术成熟。近年来还有位置敏感型、多道型等上市，在3-5年内，PMT任可以保持主力地位，但PMT存在工作电压高、体积大、速递慢、易受磁场干扰等缺点。

理论上讲，光电元件与晶体块最好是1:1配置，因工艺和价格显示，PMT无法达到这一配比，所有才有组块式，anger式和四分式等设计。

2.获得更多测量信息。探测器输出的幸好，经过分析、甄别、校正、最后通过图像重建实现成像。这一过程中电路、程序可以加以改进，以提高整机性能。

TOF技术：是通过测定湮灭光子到达对向放置探测器的时间差别判定湮灭事件位置的技术。根据光速（2.9*108m/S）可以换算出：光子到达时间差1ns=29.9cm空间差。

作业深度：与晶体不垂直的高能射线可能斜穿透数个晶体后才能被吸收，其吸收点与实际入射点位置信息偏离，成为作用深度。利用入射光自在晶体不同深度作用产生的点扩展函数，可以确定作用深度。

多核素：生物功能的高度复杂性、动态性、在体活动的系统性，很难通过任何单一指标得到准确反映，组合使用靶向性不同的分子探针，是目前热门的方向。

改善探测几何效率：PET和CT图像的计数量约差106提高PET探测效率是PET/CT技术的关键环节。最有效、使用的办法就是扩大PET的轴向视野。现有设备的轴向视野已达到20cm，最新设备的视野可能超过25cm。当然，视野扩大增加了硬件费用，增加了对计算和处理能力的要求，另外，缩小探测器直径、改变排列方式，突出某些探测性能，应用于专用机方面取得了较好的成绩。

3.优化图像重建与辅助诊断。迭代-TOF-PSF：通过计算机硬件软件技术可以最大限度利用探测器所获得信息，包括一些影响PET图像质量的因素在众多重建软件中，在迭代算法中带入TOF信息和PSF，可以明显提高重建图像的质量和分辨力。理论上讲,PET重建图像的空间分辨率有可能达到0.4mm水平。与CT的分辨率十分接近。计算机辅助诊断：不同成像技术的融合产生了超还凉原始数据和大量图像，人工阅读效率低，不易规范，难以识别深层次的信息。

4.分子探针的发展。分子探针是融合分子影像的灵魂。设计什么、疾病、治疗响应、疾病福大、预后等生物环节的关键分子机制，基本上均可以通过放射性标记，生成分子探针，用于活体检测和观察，

5.多模式融合与CT新技术。PET/CT的成功鼓励了多种影像的融合，已有厂家推出三位一体设备。

第三章 PET/MR融合技术

PET/MR最有可能成为临床上下一代医学影像融合技术。PET/MR在保留各自技术优势基础上，通过相互融合、互补。可能产生新的技术特长，

3.1 PET/MR与PET/CT的比较

1.PET/MR与PET/CT比较。后者采集时间短，因为其可在数秒至数十秒内完成全身采集，二临床多数MRI采集时间以分钟计算，古前者总采集时间较长，

2.PET/CT临床应用普遍，技术条件要求低，MRI需要磁屏蔽、高效冷却，受金属干扰大，技术条件要求高。

3.PET/CT在肺、体内钙化灶等方面显示清晰，分辨高于MRI，MRI在肝肾等实质脏器、神经和骨关节显示方面优势明显。

4.PET/CT设备同轴、序贯排列，采集时间、空间有差别，易造成影像配准失误及运动伪像；PET/MR可以实现同机同时采集；MRI对运动极灵敏，可以强化时间，空间配准和运动伪影校正。

5.PET/CT利用CT完成衰减校正，方法较成熟；但X射线能量低，故金属，高浓度造影剂造成线赢化，影响衰减校正；而MR用于PET衰减校正的方法目前还在研究完善之中。

6.PET/CT的CT提供解剖结构图像，主要用于定位；而MRI通过不同参数，序列选择，包括功能（functionMRI,IMRI)、化学（magneticresourcespectrum,MRS)、水分子弥散、弥散张量等多种组织特征，可更好的结合分子探针、实时提供多参数成像，提供此前无法获得的体内特定生理、生化图像。

7.PET/CT的PET和CT基本上与单独使用的设备一样，无需进行大的设备改造；而PET/CT 的PET结构、MR线圈等元件必须大幅改造，同时，PET/MR的放射性药物用法，用量也可能与PET/CT有所不同。

3.2 PET/MR的临床价值