正电子发射型计算机断层显像-PET
正电子发射计算机断层显像在中枢神经系统药物研发中的应用
◇综述与讲座◇摘要正电子发射型计算机断层显像技术（posi-tron emission tomography ，PET ）在中枢神经系统（CNS ）药物研发中发挥重要作用。
PET 可以定量研究CNS 药物在脑组织体液中的生物分布，药代动力学，与靶点相互作用，提供药物浓度与受体占有率的定量关系。
本综述总结了PET 在CNS 药物研发中的定量分析手段，包括药代动力学分析以及受体占有率分析中常用的方法与数学公式。
同时，本综述也总结了PET 在CNS 新药研发中的应用，为后续CNS 的新药研发提供新的思路与方向。
关键词正电子发射型计算机断层扫描；中枢神经系统；新药研发；药代动力学；受体占有率中图分类号：R971文献标志码：A文章编号：1009-2501(2024)03-0316-12doi ：10.12092/j.issn.1009-2501.2024.03.0101背景正电子发射型计算机断层显像（positronemission tomography ，PET ）的基本原理是将正电子（β+）放射性核素（如11C 、13N 、15O 、18F 等）标记的药物，靶向到靶器官或者靶组织，参与人体生理、生化代谢过程。
这些核素在衰变的过程中产生正电子，正电子行进1～2mm 以内，与电子发生湮灭辐射，产生一对飞行方向相反、能量相同的光子［1-2］。
PET 就是通过探测这一对光子来表征衰变的发生。
通过图像重建，获得标记的化合物在体内的分布情况。
PET 灵敏度高，可以追踪到比ED 50值低的药物浓度产生的药理反应，并且由于PET 分析中使用的放射性标记配体的化学量通常为皮摩尔级别，患者受到的辐射暴露也很低［3］。
然而，PET 的不足之处是不能提供某些病灶的精细解剖定位诊断。
而电子计算机断层扫描技术（computed tomography ，CT ）和磁共振成像技术（magnetic resonance imaging ，MRI ）则可以用于人体内部解剖结构的精密成像，因此PET 可与其他分子成像方式相结合以弥补自身不足，如PET-CT 和PET-MRI ，从而可以同时提供详细的解剖学以及功能性方面的数据。
正电子发射型计算机断层扫描仪PETCT性能参数
正电子发射型计算机断层扫描仪（PET/CT）性能参数一、货物用途设备用于全身各脏器的功能代谢显像，尤其是肿瘤、心脑疾病的精准诊断及研究二、主要部件及性能参数提供最新最高端PET/CT设备三、基本结构1.PET系统1.1PET探测器：环数、晶体1.2 光电倍增管：数量、类型1.3采用CT衰减矫正1.4提供日常原厂质控、校准源：类型、数量、活度/根1.5TOF重建技术(包含软、硬件)2.提供128层以上CT2.1探测器：材料、最大层数、2.2球管：球管最低保用次数(万秒)3提供闭合式一体化机架：内置激光定位系统、交互式应答系统、孔径、驱动方式、冷却方式、开放门控接口4.扫描床:最大水平移动范围（cm）提供安全绑带、碰撞报警装置、承重量（kg）5计算机系统5.1 工作站：采集工作站、处理工作站2套5.2 采集工作站硬件配置：主频内存（GB）、硬盘容量（TB）数据外存方式、医学影像专用显示器（LCD）5.3 处理工作站硬件配置：主频、内存（GB）、硬盘容量（TB）、数据外存方式、客户端、医学影像专用显示器（LCD）5.4 网络要求：DICOM 3.0、DICOM RT5.辅助设备:头托、质控模型、PET NEMA质控模型、CT质控模型、PET-CT融合质控模型四、应用软件1 PET应用软件1.1 图像采集软件（包含静态, 动态, 门控, 3D,List mode, 脑，心脏专用等）1.2 图像处理（重建）软件1.3 图像显示软件1.4 定量分析软件（SUV，VOI)1.5 校正软件1.6 质量控制软件1.7 NEMA测试软件1.8 3D迭代重建软件1.9 肿瘤疗效评估软件1.10 其他软件2 CT应用软件2.1 图像采集软件2.2 图像处理（重建）软件2.3 图像显示软件2.4 图像分析软件2.5 校正软件2.6 质量控制软件2.7 辐射剂量计算软件2.8 低剂量软件2.9 放疗模拟定位和放疗计划2.10 自动剂量调节软件2.11 其他软件3 PET/CT应用软件3.1 同机图像融合软件3.2 异机图像融合软件3.3 图像处理软件3.4 图像显示软件3.5 图像分析软件3.6 校正软件3.7 质量控制软件3.8 图像传输软件3.9 其他软件五、辅助配件1.高压注射器2台2.中文报告系统1套3.激光打印机1套4.放疗定位灯1台5.PET入墙注射防护台6.自动注射系统7.辐射防护用品7.1 钨合金药物分装翻转防护罐1个（30ml）7.2 注射器钨合金防护套（3cc和5cc规格）各1套7.3药物转运防护罐7.4正电子药物使用废物桶7.5个人防护：铅眼镜（平光、近视300、近视500度）、柔软性铅背心、铅帽、铅围脖四件为1套、共3套（0.5mmPb）7.6 数字化辐射剂量监测系统（需涵盖整个PET/CT楼放射工作场所及周边环境）1套8.阅片电脑+竖屏6套。
正电子发射计算机断层扫描
（3）全身显像。PET一次性全身显像检查便可获得全身各个区域的图像。
（4）安全性好。PET检查需要的核素有一定的放射性，但所用核素量很少，而且半衰期很短（短的在12分 钟左右，长的在120分钟左右），经过物理衰减和生物代谢两方面作用，在受检者体内存留时间很短。一次PET全 身检查的放射线照射剂量远远小于一个部位的常规CT检查，因而安全可靠。
适用人群
适用人群
（1）肿瘤病人。目前PET检查85%是用于肿瘤的检查 ，因为绝大部分恶性肿瘤葡萄糖代谢高，FDG作为与葡 萄糖结构相似的化合物，静脉注射后会在恶性肿瘤细胞内积聚起来，所以PET能够鉴别恶性肿瘤与良性肿瘤及正 常组织，同时也可对复发的肿瘤与周围坏死及瘢痕组织加以区分，现
多用于肺癌、乳腺癌、大肠癌、卵巢癌、淋巴瘤，黑色素瘤等的检查，其诊断准确率在90%以上。这种检查 对于恶性肿瘤病是否发生了转移，以及转移的部位一目了然，这对肿瘤诊断的分期，是否需要手术和手术切除的 范围起到重要的指导作用。据国外资料显示，肿瘤病人术前做PET检查后，有近三分之一需要更改原订手术方案。 在肿瘤化疗、放疗的早期，PET检查即可发现肿瘤治疗是否已经起效，并为确定下一步治疗方案提供帮助。有资 料表明，PET在肿瘤化疗、放疗后最早可在24小时发现肿瘤细胞的代谢变化。
正常范围PET特别适用于在没有形态学改变之前，早期诊断疾病，发现亚临床病变以及评价治疗效果。PET在 肿瘤、冠心病和脑部疾病这三大类疾病的诊疗中尤其显示出重要的价值。
名称含义
名称含义
全称为：正电子发射型计算机断层显像（Positron Emission Computed Tomography） ，是核医学领域 比较先进的临床检查影像技术。
petct的显像原理
petct的显像原理
PET-CT（正电子发射计算机断层诊断）是一种结合了正电子
发射断层扫描（PET）和计算机断层扫描（CT）两种影像技
术的组合技术。
它的显像原理如下：
1. PET技术：PET主要使用放射性同位素标记的生物活性分子（例如葡萄糖）作为示踪剂。
当放射性同位素分子进入体内后，它们会与体内特定的生物分子发生相互作用并释放出正电子。
正电子会迅速与体内的电子相碰撞，产生两个相互运动的伽马射线。
PET仪器可以检测到伽马射线，通过测量伽马射线的发射位置和强度，可以确定放射性同位素的分布情况。
2. CT技术：CT利用X射线对人体进行断层扫描。
在CT扫描时，X射线发射器会在不同的角度下对人体进行透射扫描，然后通过相应的探测器接收透射扫描的X射线信号。
计算机会
对接收到的信号进行处理，重构出人体各个断面的图像。
PET-CT技术的显像原理是将PET和CT的数据进行注册和融合。
首先进行CT扫描，获取高分辨率的解剖结构图像；然后
在相同的位置进行PET扫描，获取代谢或功能信息的图像。
最后，通过特定的软件将CT和PET的图像进行配准和融合，得到一张结合了解剖结构和代谢/功能信息的综合图像。
通过PET-CT技术，医生可以同时获得患者体内的解剖结构信
息和代谢/功能信息，从而更准确地诊断疾病、评估疾病的进展，并为治疗方案的制定提供指导。
pet ct 简介
时间分辨率定义为:对已知好事例相对的两个探测器响应的时间差分布的半宽高。时间分辨率[18]是时间窗的选定主要依据，时间窗选择应比时间分辨率稍大，一般以时间分布曲线的1/10高宽来定。
能量分辨率
能量甄别是排除散射事例的有力依据。因为散射事例中至少有一个光子经过了康普顿散射，能量部分损失，因而可以根据被测光子的能量大小决定好坏事例的取舍。系统能量分辨率的大小决定着能量窗的选择，好的能量分辨率可以选择较小的能量窗。
CT的基本原理
CT的全称是：计算机断层扫描显像（computedtomography，简称CT），利用人体各种组织对X线的吸收能力不等的特性，X线通过人体衰减，经重建计算获得图像矩阵。CT对组织的密度分辨率较高。
PET/ CT的工作原理
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、生化及代谢等改变，尤其适合人体生理功能方面的研究。但是图像解剖结构不清楚；CT功能有：采用X线对PET图像进行衰减校正，大大缩短了数据采集时间，提高了图像分辨率；利用CT图像对PET图像病变部位进行解剖定位和鉴别诊断。所以PET/ CT从根本上解决了核医学图像解剖结构不清楚的缺陷，同时又采用CT图像对核医学图像进行全能量衰减校正，使核医学图像真正达到定量的目的并且提高诊断的准确性，实现了功能图像和解剖图像信息的互补。
在1998～2001年间,在这台原型机上做了300余例肿瘤病人,并获得很好的效果。这一工作还获得一系列的荣誉:其中一幅图像被评为1999年美国核医学年会最佳图像。[
3成像原理编辑
PET的基本原理
PET/ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱT
PET其全称是：正电子发射型计算机断层扫描显像仪（positron emission tomography，简称PET）由探头、数据处理系统、图像显示及检查床组成。PET使用正电子示踪剂，核素衰变过程中正电子从原子核内放出后很快与自由电子碰撞湮灭,转化成一对方向相反、能量为511 keV的γ光子。在这光子飞行方向上对置一对探测器，便可以几乎在同时接受到这两个光子，并可推定正电子发射点在两探头间连线上，通过环绕360°排列的多组配对探头，得到探头对连线上的一维信息，将信号向中心点反投射并加以适当的数学处理，便可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。
PETCT简介简版
PET/CT简介Contents1.概述 (2)1.1 PET、CT、PET/CT概念 (2)1.2 PET/CT技术发展和应用过程简述 (3)2.PET原理及结构 (4)2.1 PET原理 (4)2.2 PET结构 (6)3.CT原理及结构 (7)3.1 CT原理 (7)3.2 CT结构 (8)4.PET/CT原理及结构 (9)5.PET/CT软件结构及功能 (12)6.PET/CT操作过程概述 (14)6.1 PET/CT扫描操作基本采集概述 (15)6.2 PET、CT图像融合操作概述 (15)7.PET/CT临床应用检查流程概述 (15)8.PET/CT图像质量注意事项 (18)9.PET/CT市场情况简介 (18)9.1 PET/CT市场保有量统计 (18)9.2 PET/CT市场保有量国别结构统计 (19)9.3 PET/CT市场保有量品牌结构统计 (20)1.概述1.1 PET、CT、PET/CT概念PET是正电子发射计算机断层显像（Positron Emission computed Tomography）的英文缩写。
将标有带正电子化合物的放射性核素注射到受检者体内，让受检者在ＰＥＴ的有效视野范围内进行ＰＥＴ扫描，放射核素发射出的正电子与组织中的负电子结合发生湮灭辐射，产生两个能量相等（511 ＫｅV）、方向相反的γ光子。
两个光子被两个探测器探测到并判断为一个符合事件，探测系统探测到大量的符合事件，对数据进行分类后，得出不同符合线方向上的事件量，通过电子计算机处理，重建出人体内正电子核素聚集分布的断层图像。
CT是电子计算机X射线断层成像系统（X-Ray computed tomography）的英文简称。
用X射线发生器发射的 X射线对人体投射，经探测器测定透射人体后的X放射量，对数据进行分类后，得出不同透射方向上的放射量，通过电子计算机处理，重建出人体组织密度和成分分布的断层图像。
正电子发射断层扫描
正电子发射断层扫描正电子发射断层扫描（PET）可以了解人体身体内部脏器的三维图像，而且图像可以清晰的显示我们重点关注的部位，包括不正常区域，并能显示在某一特定功能下组织器官的运行情况。
PET扫描通常与CT扫描相结合，从而提供更详细的图像信息，即我们熟知的PET－CT。
而PET扫描也可以与磁共振成像（MRI）相结合，被称为PET－MRI。
为什么使用PET扫描？PET扫描的优点是，它可以显示出身体某一部位的工作情况，而不是仅仅是该部位本身的外型。
尤其对于癌症确诊、癌症的远处转移对治疗的反应性方面PET扫描具有明显的优势。
对于冠脉搭桥手术和癫痫的脑部手术，PET扫描也能起到很好的辅助作用。
对于老年痴呆等影响大脑功能的疾病，PET扫描也可以协助其诊断。
PET扫描是如何运行工作的？PET扫描是通过检测辐射发出的物质（即放射性示踪剂分布在体内不同的部位）。
大部分的PET的放射性示踪剂为氟脱氧葡萄糖（FDG），这种糖与自然代谢产生的糖类似，以至于人体会按照同样的方式对FDG进行处理。
通过分析FDG在各个地方存在与否，从而分析出身体某个脏器的功能和识别出异常情况。
举个例子：FDG在身体某个组织高度聚集将有助于识别肿瘤细胞，因为肿瘤细胞对于糖的利用来说是高于正常细胞的。
在PET扫描时会发生什么？PET扫描一般在门诊进行，这就意味着你不用在医院过夜。
很重要的是，你必须按时到达你检查的地方，因为放射性示踪剂的有效期很短，如果迟到，你就只能放弃检查了。
准备工作你的预约信里会提到在你准备扫描前的一切注意事项。
六小时前禁食，可食用流质，但最好只是饮水。
预约后24小时尽量避免剧烈运动。
扫描的时候最好穿着宽松舒适的衣服，有的时候医院会要求你更换成病员服再进行扫描。
尽量避免穿戴首饰和含有金属的衣物（比如：拉链），如果穿戴上诉衣物在PET扫描的时候应先脱去。
放射性示踪剂的注射在扫描前，放射性示踪剂会从你手臂或手的静脉内注入，大约一个小时后，它将会被你身体内的细胞所吸收。
PET-CT 正电子发射计算机断层显像
PET-CTPET全称为正电子发射计算机断层显像（positron emission tomography PET），是反映病变的基因、分子、代谢及功能状态的显像设备。
它是利用正电子核素标记葡萄糖等人体代谢物作为显像剂，通过病灶对显像剂的摄取来反映其代谢变化，从而为临床提供疾病的生物代谢信息。
PET采用正电子核素作为示踪剂，通过病灶部位对示踪剂的摄取了解病灶功能代谢状态，可以宏观的显示全身各脏器功能，代谢等病理生理特征，更容易发现病灶。
CT可以精确定位病灶及显示病灶细微结构变化；PET/CT融合图像可以全面发现病灶，精确定位及判断病灶良恶性，故能早期，快速，准确，全面发现病灶。
作用PET的独特作用是以代谢显像和定量分析为基础，应用组成人体主要元素的短命核素如11C、13N、15O、18F等正电子核素为示踪剂，不仅可快速获得多层面断层影象、三维定量结果以及三维全身扫描，而且还可以从分子水平动态观察到代谢物或药物在人体内的生理生化变化，用以研究人体生理、生化、化学递质、受体乃至基因改变。
近年来，PET在诊断和指导治疗肿瘤、冠心病和脑部疾病等方面均已显示出独特的优越性。
原理一、PET显像的基本原理PET是英文Positron Emission Tomography的缩写。
其临床显像过程为：将发射正电子的放射性核素（如F－18等）标记到能够参与人体组织血流或代谢过程的化合物上，将标有带正电子化合物的放射性核素注射到受检者体内。
让受检者在PET的有效视野范围内进行PET显像。
放射核素发射出的正电子在体内移动大约1mm后与组织中的负电子结合发生湮灭辐射。
产生两个能量相等（511 KeV）、方向相反的γ光子。
由于两个光子在体内的路径不同，到达两个探测器的时间也有一定差别，如果在规定的时间窗内（一般为0－15 us），探头系统探测到两个互成180度（士0．25度）的光子时。
即为一个符合事件，探测器便分别送出一个时间脉冲，脉冲处理器将脉冲变为方波，符合电路对其进行数据分类后，送人工作站进行图像重建。
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PET的演变
1964年环状头部PET
2001年 GE DISCOVERY－LS
功能影像与解剖影像
功能影像
– 反映患者体内的功能代谢 – 与CT、MRI相比分辨率较差(~4-5mm 或更坏) – 核医学领域: NM/SPECT, PET – 其他领域：(MRS, fMRI), MEG (MSI), ... 解剖影像
– 反映患者解剖结构 – 通常可获得高分辨率影响 (1mm 或更高） – X线/CT, MRI, 超声
PET
PET的基本原理
历史 PET成像设备 正电子成像的物理基础 PET的结构 几个重要的性能参数
PET的历史
✓ 上世纪20年代物理学家就从理论上推断有带正电荷的正电子存在 ✓ 20世纪30年代开始对放射性核素的物理、化学性能进行了深入研究，
发现了它们在生物学和医学领域的应用价值
✓ 1953年Dr. Brownell和Dr. Sweet就已研制了用于脑正电子显像的PET 显像仪
正电子湮灭
• 正电子湮灭前在人体组织内 行进1-3mm
• 湮灭作用产生: – 能量（光子是511KeV） – 动量
• 同时产生互成180度的511 keV的伽玛光子。
PET的数据采集
• 正电子湮灭作用产生的湮灭γ光子同时击中探测 器环上对称位置上的两个探测器。
• 每个探测器接收到γ光子后产生一个定时脉冲， 这些定时脉冲分别输入符合线路进行符合甄别， 挑选真符合事件
功能影像与解剖影像
患者A 脑部MR：报告正常
患者A 脑部CT：报告正常
功能影像与解剖影像
监控测量懒人参试者大脑中多巴胺的活动的 脑部正电子发射断层扫描（PET）图
临床意义
传统的医学影像技术显示的是疾病引起的解剖和结构变化，而 PET显示的则是人体的功能变化。换言之，如果人体的解剖结构没 有发生改变，传统的影像技术对于疾病的诊断是无能为力的。实 际上，疾病的发生都伴随着生化过程的功能改变， 这些改变往往 要早于解剖结构的改变；还有一些疾病如早老性痴呆、帕金森氏 病等本身就没有明显的结构改变，传统的医学影像就无法显示这 些功能方面的变化了。PET能得天独厚地显示功能性的改变，因而 对疾病的更早期发现、诊断具有优势；此外，PET还能进行三维立 体动态及全身显像，可发现其它检查所不能发现的问题，防止了 “—叶障目，不见泰山”，弥补了传统医学影像的不足。
PET简介
PET （ 正 电 子 发 射 断 层 扫 描 技 术 ,Positron Emission Tomography)是继CT技术出现以来的又一种脑功能成像断 层技术,它首先向被试的体内注射一定的放射性物质，然 后再通过断层扫描技术测量脑的各个部位的放射量来测 量各个部位对葡萄糖的利用和局部的血流量，从而推测 不同脑区的活动情况。PET技术的发展和成熟使我们能 够安全准确地对正常人做某一心理活动的脑的部位进行 定位和监视。
利用符合探测技术可以进行正电子放射性核素示踪成像。
使用符合探测技术，起到电子准直作用，大大减少随机符合事件和本 底的同时提高了探测灵敏度。
PET显像的特点
由于C、N、O是人体组成的基本元素，而F的生理行为类似 于H，故应用11C、13N、15O、18F等正电子核素标记人体的 生理物质如糖、氨基酸和脂肪，可在不影响内环境平衡的生 理条件下，获得某一正常组织或病灶的放射性分布(形态显示 )、放射性标记药物浓集速率、局部葡萄糖氨基酸和脂肪代谢 、血流灌注、受体的亲和常数、氧利用率以及其他许多活体 生理参数等，藉此显示的形态和功能参数，以研究和诊断人 体内的病理生理异常与疾病，它较之传统的解剖结构现象更 深入更全面，可更早期地发现病变。
PET显像的特点
应用光子准直和符合探测技术，提供了很好的空间定位， 大大提高了探测灵敏度。其灵敏度比MRI高，比SPECT高10100倍；改善了分辨率(可达4mm)，可检出1cm大小的病灶， 图象清晰，诊断准确率高。
能从一定体积的组织快速获得35(或更多)层面的断层图象 (CT、MRI均无法办到)，且可获得全身各方向的断层图象，使 临床医生能一目了然地看到疾病全身状况，它对肿瘤转移和 复发的诊断尤为有利。
✓ 60年代末出现了第一代商品化PET扫描仪，可进行断层面显像
✓ 1976年由Dr. Phelps和Dr. Hoffman设计，由ORTEC公司组装生产了第 一台用于临床的商品化的PET20世纪80年代更多公司投入了PET研制 ，岛津（Shimadzu,1980）、CTI公司（1983）、西门子公司（Siemens ，1986）通用电气公司（GE，1989）、日立公司（Hitachi，1989）和 ADAC公司（1989）POSITRON
• 符合线路设置了一个时间常数很小的时间窗（通 常≤15ns），同时落入时间窗的定时脉冲被认为 是同一个正电子湮灭事件中产生的γ光子对，从 而被符合电路记录。时间窗排除了很多散射光子 的进入。
符合探测原理
探测器1
脉冲处理器
符合
探测器2
脉冲处理器
符合探测技术能在符合电路的时间分辨范围内，检测同时发生的放射 性事件。
PET影像的设备
正电子核素制备 正电ET影像系统
PET的物理基础
正电子放射性核素通常为富质子的核素,它们衰变时会 发射正电子。原子核中的质子释放正电子和中微子并衰变 为中子：
正电子的质量与电子相等，电量与电子的电量相同，只 是符号相反。通常正电子（β＋）衰变都发生于人工放射 性核素。
PET显像的特点
由于它采用两个互成180度角的探测器进行探测，以及γ 子光能量高，不易吸收，故湮没辐射的位置深度对测量结果 无明显影响，并可以得到极正确的衰减校正，它可用实测数 和经衰减校正后的真实数进行三维分布的“绝对”定量分析( 精度±10％)，远优于SPECT。