PET設(shè)備的成像原理、現(xiàn)狀及展望

劉文艷 王 晶* 沙 飛 潘 清 王 珂 謝 艷 馬宇晶

近年來，核醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的設(shè)備發(fā)展迅速，而正電子發(fā)射斷層顯像(positron emission tomography，PET)技術(shù)被譽(yù)為醫(yī)學(xué)高科技之冠，其絕妙之處在于解密大腦奧秘，揭示出大腦與思維之間的化學(xué)聯(lián)系，大腦皮層中細(xì)微的糖代謝、血流等變化都能在屏幕上出現(xiàn)不同的圖像[1]。PET不僅是診斷和指導(dǎo)治療腫瘤、心臟病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的最優(yōu)工具，也是研究醫(yī)藥學(xué)基本理論及實(shí)際問題的有利手段。我國(guó)近年來PET裝機(jī)量也迅猛增漲，成像檢查日益普及。

1 PET設(shè)備成像原理

PET是目前最先進(jìn)的醫(yī)療診斷設(shè)備，其原理是把具有正電子發(fā)射的同位素標(biāo)記藥物(顯像劑)注入人體內(nèi)，如碳、氟、氧和氮的同位素(11C、18F、15O、13N)1種或2種，這些藥物在參與人體的生理代謝過程中發(fā)生湮滅效應(yīng)，生成基本上在180o方向上發(fā)射的2個(gè)能量為0.511 MeV彼此運(yùn)動(dòng)相反的γ射線光量子。根據(jù)人體不同部位吸收標(biāo)記化合物能力的不同，同位素在人體內(nèi)各部位的濃聚程度不同，湮滅反應(yīng)產(chǎn)生光子的強(qiáng)度也不同。用環(huán)繞人體的γ光子檢測(cè)器，可以檢測(cè)到釋放出光子的時(shí)間、位置、數(shù)量和方向，通過光電倍增管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間脈沖信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)上述信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、運(yùn)算、數(shù)/模轉(zhuǎn)換和影像重建，從而獲得人體臟器的橫斷面、冠狀斷面和矢狀斷面圖像。凡代謝率高的組織或病變，在PET上呈現(xiàn)明亮的高代謝亮信號(hào)，凡代謝率低的組織或病變?cè)赑ET上呈現(xiàn)出低代謝暗信號(hào)[2-3]。

2 PET設(shè)備在臨床中的應(yīng)用

2.1 PET在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的應(yīng)用

PET用于腦血管疾病(CVD)、老年性癡呆、癲癇、帕金森病(PD)、神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)精神藥物研究與腦功能研究等均有價(jià)值。

2.2 PET在心臟病學(xué)研究中的應(yīng)用

PET主要用于隱性、高危和疑難冠心病診斷，心肌存活(Myocardial Viability)的檢測(cè)、介入治療前后監(jiān)測(cè)、心臟移植、心肌病等的診斷及治療隨訪觀察等。應(yīng)用18F-FDG PET觀察心肌代謝是冠心病診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，是目前應(yīng)用最多的項(xiàng)目[4]。

2.3 PET在腫瘤診斷與研究中的應(yīng)用[5]

PET主要用于良、惡性腫瘤的鑒別，腫瘤分期、分型、復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移的早期診斷和鑒別，抗治療現(xiàn)象的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)，治療方案的選擇和療效監(jiān)測(cè)，以及惡變過程的觀察與基礎(chǔ)研究等。

2.4 其他

許多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也正在探索PET的廣泛應(yīng)用，例如：組織存活、兒童發(fā)育、損傷修復(fù)、臟器移植、生理病理學(xué)研究、新藥的設(shè)計(jì)開發(fā)、體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)觀察和在分子水平上研究藥物作用機(jī)制，以及藥物依賴性疾病等方面都具有重要價(jià)值。

PET的發(fā)展令人鼓舞，它極大地推動(dòng)了影像醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的整體發(fā)展，PET成為生物學(xué)、生理學(xué)必不可少的設(shè)備，并且成為分子生命科學(xué)的新武器[6]。

3 現(xiàn)階段PET設(shè)備所存在的問題

20世紀(jì)90年代PET開始進(jìn)入臨床，當(dāng)前的PET技術(shù)已日漸成熟完善，但其不足在于：①PET在成像過程中由于受康普頓效應(yīng)、散射、偶然符合事件、死時(shí)間等衰減因素的影響，采集的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況不一致，圖像質(zhì)量失真，必須采用有效措施進(jìn)行校正，才能得到更真實(shí)的醫(yī)學(xué)影像[7]；②PET從分子水平出發(fā)，把組織病理學(xué)檢查延伸為組織局部生化的顯示，確定病變的性質(zhì)及惡性的程度，預(yù)測(cè)病程并直接指導(dǎo)治療，這是目前CT、MRI等影像技術(shù)所不及的，但是PET提供的圖像是人體生理代謝的圖像，在臨床解剖學(xué)意義上又無法與CT、MRI等影像技術(shù)比較[8]；③PET檢查是反射檢查，要服用示蹤藥物，從某種意義上說，這種檢查對(duì)人體健康會(huì)帶來一定的副作用，是一種損傷性檢查；④組建PET中心耗資較大，PET是最貴的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備(100～200萬美元/臺(tái))，同時(shí)它還需要昂貴的回旋加速器和一系列生化合成器與之配套，且應(yīng)用技術(shù)復(fù)雜，導(dǎo)致診斷費(fèi)用昂貴，一次全身掃描約1萬元人民幣，這無疑加重了患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

4 PET設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

隨著醫(yī)學(xué)對(duì)疾病認(rèn)識(shí)的深入，一個(gè)全面的臨床診斷通常要了解很多問題。如：病變的形態(tài)學(xué)情況、病變的生理功能情況、病變的組織定征等。要解決這些問題不是某一種顯像設(shè)備能夠單獨(dú)解決的，各種醫(yī)學(xué)成像方法都有其特長(zhǎng)和不足。目前新的發(fā)展是利用圖像融合技術(shù)，將PET和CT，或PET與MRI(核磁共振)的圖像進(jìn)行融合，同時(shí)得到人體的解剖圖像和功能圖像，提高對(duì)疾病的診斷能力[9]。只有互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，綜合使用這些方法，才能獲得患者的全面信息，給出正確的診斷結(jié)果。

自2000年P(guān)ET-CT復(fù)合系統(tǒng)問世后，立即引起了醫(yī)學(xué)界的矚目。它與單獨(dú)的PET或CT相比，有更高的診斷準(zhǔn)確性，能夠發(fā)現(xiàn)遺漏的病變，排除疑似病灶，明確病程分期[10]。同時(shí)，由于PET成本高，開發(fā)低造價(jià)的臨床實(shí)用型醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)是普及PET的需要[11]。另外，隨著核醫(yī)學(xué)的發(fā)展，最近提出了分子核醫(yī)學(xué)的概念，它是分子生物學(xué)與核醫(yī)學(xué)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，應(yīng)用PET進(jìn)行基因顯像,將對(duì)疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制的認(rèn)識(shí)，疾病的早期診斷與治療發(fā)揮著重要的作用，也可能是一個(gè)革命性的變革[12]。

5 結(jié)語

隨著臨床應(yīng)用的進(jìn)一步普及和醫(yī)學(xué)界對(duì)PET成像的科學(xué)價(jià)值、應(yīng)用前景達(dá)成廣泛共識(shí)，可以預(yù)見，未來醫(yī)學(xué)及生命科學(xué)的重大突破將在一定程度上依賴PET技術(shù)及其發(fā)展，它將促進(jìn)醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的一場(chǎng)新革命。

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