PETCT成像技术的原理及其应用

P E T C T成像技术的原理

及其应用

The latest revision on November 22, 2020

P E T-C T成像技术的原理及其应用

摘要：本文主要介绍了正电子发射型断层显像（PositronEmissionTomography，PET）-计算机断层显像（ComputedTomography，CT）生物医学成像技术的原理及其应用。并总结了该技术的优缺点和对该技术未来的应用进行了展望。

关键词：成像技术，PET，CT

1.PET-CT成像技术的原理

医学图像在医学中占有重要地位。显微镜的发明对医学的发展是一次重大推动[1]。PET-CT 将PET（正电子发射计算机断层显像）-CT（计算机断层显像）技术整合为一体，是目前世界上最先进的医学影像设备（如图1）。其高灵敏的特性可以观察到清晰的解剖结构和分子水平的功能改变。通过一次非侵入性的扫描，即可观察到体内器官以及活体组织的完整的细节。

图1美国GE公司PET—CT仪器图

PET是核医学领域比较先进的临床检查影像技术。其大致方法是，将某种物质，一般是生物生命代谢中必须的物质，如：葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸，标记上短寿命的放射性核素（如F18，碳11等），注入人体后，通过对于该物质在代谢中的聚集，来反映生命代谢活动的情况，从而达到诊断的目的。当前各医院主要使用的物质是氟代脱氧葡萄糖，简称FDG。其机制是，人体不同组织的代谢状态不同，在高代谢的恶性肿瘤组织中葡萄糖代谢旺盛，聚集较多，这些特点能通过图像反映出来，从而可对病变进行诊断和分析。

CT是用X射线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digitalconverter）转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X射线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digitalmatrix），数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/analogconverter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X射线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。

PET-CT是PET与CT的同机融合，整台设备一体化[2]，使用同一个检查床和同一个图像处理工作站，它集两者优势于一身，既可以显示人体的解剖结构及形态学改变，也可以显示功能、代谢、受体方面的信息，有效地降低了单纯PET或CT的假阳性和假阴性，具有灵敏度高、准确性好、定位准确的特点。

其原理如图2：

PETCTPET—CT

图2PET—CT联用显像原理图

2.PET-CT成像技术的应用

PET-CT能对肿瘤进行早期诊断和鉴别诊断，鉴别肿瘤有无复发，对肿瘤进行分期和再分期，寻找肿瘤原发和转移灶，指导和确定肿瘤的治疗方案、评价疗效。在肿瘤患者中，经PET-CT检查，有相当数量的患者因明确诊断，而改变了治疗方案；PET-CT能准确评价疗效，及时调整治疗方案，避免无效治疗。总体上大大节省医疗费用，争取了宝贵的治疗时间。

林勤课题组[3]用18F—FDGPET／CT显像对比，探讨18F—FLTPET／CT检测鼻Ⅱ癌原发灶和颈部淋巴结转移灶的可行性。

图3鼻咽癌患者”F-FDG和18F．FLTPET／CT显像图。1a．患者男，38岁；1b．患者男，43岁。大箭头示鼻咽癌原发灶，小箭头示咽后；鼻咽癌颅内侵犯患者(男，45岁)18F-FDGPET／CT显像图。2a，2b．病灶与颞叶分界不清；2c，2d．18F-FITPET／CT显像示病灶与清晰(箭头示)3鼻咽癌患者(男，44岁)放疗前PET／CT全身显像图

结果显示（如图3），18F-FLT在鼻咽肿瘤和颈部转移淋巴结区均呈高摄取，与周围正常组织有明显的分界；18F-FLTPET／CT诊断鼻咽癌的效能与18F-FDG无明显差别，与之前的研究结果类似；研究结果示，18F-FLT在脑组织中摄取明显低于18F-FDG，表明对于颅底、海绵窦等部位侵犯的病灶18F-FLT可能比较F—FDGPET／CT显像有更清晰，因此，18F-FLT用于鼻咽癌患者显像是可行的。

丁其勇课题组[4]利用PET／CT检查并经手术或随访证实的良恶性SPN患者各30例，PET诊断由2位核医学科医生以标准摄取值(SUV)～I>2．5作为良恶性结节鉴别标准，PET／CT诊断由2位有经验的放射科医生与2位核医学科医生综合评价结节的SUV和形态学特点后做出。并分析孤立性肺结节（SPN）的形态学特征，包括分叶、短毛刺、棘突、结节空泡、空洞、钙化、胸膜凹陷、支气管截断、支气管血管集束征、卫星灶等。统计各种征象在良性和恶性SPN中的出现频率，并用r检验分析其统计学意义来验证探讨PET／CT对SPN定性诊断的准确性。

图4患者男，68岁，右肺上叶尖后段SPN。PET／CT融合图像显示病灶内侧部分高代谢，小于CT所示病灶范围，SUV一16．9，手术病理检查结果为右肺卜叶鳞癌合并炎症

如图4的结果显示SPNPET诊断的灵敏度、特异性和准确性分别为86．7％、90．0％和88．3％，PET／CT诊断的灵敏度、特异性和准确性分别为90．0％、93．3％和91．7％。排在前五位的恶性征象依次是短毛刺(63．3％)、支气管截断(50．0％)、棘突(46．7％)、典型分叶(36．7％)和胸膜凹陷(26．7％)，与良性SPN比较差异均有显着性。在7例PET诊断错误的SPN患者中，有4例PET／CT诊断改变了治疗决策，其中2例PET／CT诊断正确，另有2例诊断可疑，建议随访。可以看出PET／CT对SPN定性诊断的准确性较PET有所提高。

3总结

PET-CT同时具有PET和CT的功能，但它绝不是二者功能的简单叠加，因为PET与CT优势互补。PET可以显示病灶病理生理特征，更容易发现病灶；CT可以精确定位病灶，显示病灶结构变化。PET-CT除了具备PET和CT各自的功能外，其独有的融合图像，将PET图像与CT图像融合，可以同时反映病灶的病理生理变化及形态结构变化，明显提高了诊断的准确性。近些年PET-CT在肿瘤、冠心病和神经系统疾病等方面的临床诊断，疗效观察[5]，治疗方案制定中发挥着重要作用，PET-CT 能够比一般检查早半年发现病人的病灶，而其他方法有可能会拖延到中期或晚期才能确诊，并且PET-CT一次检查可以完成患者全身的代谢和解剖现象，减少了扫描时间，使患者更舒适。其缺点，除了PET-CT本身价格比较昂贵外，由于正电子核素超短半衰期的特点，大多数PET-CT中心需要购置医用小型回旋加速器以及相关的化学合成系统，这样在提高对医技人员技术要求的同时还增加了建立PET-CT中心的整体费用，这些都成了PET-CT影像设备发展的最大的障碍。

PET-CT是近几年发展最迅速的医学影像设备之一，迄今全球已经安装了110台，在亚洲已经安装了17台，这17台大部分在中国（包括台湾和香港地区）。由于PET-CT临床应用增多，原先单纯使用PET或CT进行诊断的病例中有20－25％通过PCT-CT检查后，临床诊断和治疗的效果得到明显提高。在大陆超过200例的患者接受了PET-CT的检查，并在临床上取得了非常好的效果。无论在国际和国内，PET-CT的临床价值已获得医学界的首肯，接下来的工作是如何更好、更有效地在临床使用PET-CT。虽然PET-CT正以惊人的速度发展，但是仍有许多问题有待进一步解决，例如：如何降低设备成本，如何更精确进行3D采集的衰减校正，以及因为PET和CT采集速度差异造成PET和CT图像精确配准的困难等问题均是目前热门研究课题。早期PET-CT主要考虑肿瘤的诊断和治疗。随着CT功能和性能的迅速提高，为PET-CT开拓在心血管、神经系统的功能诊断提供了基础，所以PET-CT在心血管和神经系统临床应用具有广阔的前景。

PET-CT在这些方面还需要进一步研究：一是图像评定的标准化问题；二是影响正常本底的因素及如何确定；三是检查成本问题，高昂的费用给PET-CT的普及带来了障碍。所以如何解决这些难题，成了PET-CT今后的发展方向。

参考文献:

[1]梁广明.数字医学成像技术概论.医用放射技术杂志2004,6:6-7

[2]舒贞权.医学超声影像新技术综述.中国医疗器械信息2002,4:9-14