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PET-CT—全球最高端诊断设备

2012-01-05 14:11:47   来源:   点击:
  
    PET-CT将CT与PET融为一体,由CT提供病灶的精确解剖定位,而PET提供病灶详尽的功能与代谢等分子信息,具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点,一次显像可获得全身各方位的断层图像,可一目了然的了解全身整体状况,达到早期发现病灶和诊断疾病的目的。PET-CT的出现是医学影像学的又一次革命,受到了医学界的公认和广泛关注。
    PET/CT目前是全球最高端的医学影像诊断设备,堪称“现代医学高科技之冠”。
    PET(Positron Emission Computed Tomography,PET)的全称为正电子发射计算机断层扫描。它是一种最先进的医学影像技术,PET技术是目前唯一的用解剖形态方式进行功能、代谢和受体显像的技术,具有无创伤性的特点。是目前临床上用以诊断和指导治疗肿瘤最佳手段之一。
    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。
    特点
    PET/CT则是将PET和CT(计算机体层显像)有机结合在一起,使用同一个检查床和同一个图像处理工作站,将PET图像和CT图像融合,可以同时放映病灶的病理生理变化和形态结构,明显提高诊断的准确性。
    一、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。
    二、PET-CT能对癫痫灶准确定位,也是诊断抑郁症、帕金森氏病、老年性痴呆等疾病的独特检查方法。癫痫的治疗是世界十大医疗难题之一,难就难在致痫灶的准确定位,PET-CT使这一医学难题迎刃而解。经PET-CT的引导,采用X-刀或γ-刀治疗,收到很好的治疗效果。
    三、PET-CT能鉴别心肌是否存活,为是否需要手术提供客观依据。目前,PET-CT心肌显像是公认的估价心肌活力的“金标准”,是心肌梗死再血管化(血运重建)等治疗前的必要检查,并为放疗评价提供依据。PET-CT对早期冠心病的诊断也有重要价值。
    四、PET-CT也是健康查体的手段,它能一次显像完成全身检测,可早期发现严重危害人们身体健康的肿瘤及心、脑疾病,达到有病早治无病预防的目的。
    现代医学认为,绝大多数疾病是体内生化过程失调的结果,PET-CT可在生理状态下动态地定量观察体内分子水平的生化变化。随着人类基因的解密,对危害人类健康的肿瘤及心、脑疾病和各种遗传性疾病的产生、发展和治疗后转归,将从根本上得到认识,也可望从根本上找到有效的治疗方案。PET-CT基因显像是连接临床与基础基因研究的“桥梁”。
    以下是阜外何作祥教授推荐JNM文章的中译本:Journal of Nuclear Medicine Vol. 46 No. 3 385
    詹姆士W. 弗莱彻,医学博士著方庭正译毫无疑问,PET/CT的时代已经到来了。现在每售出4台ECT机器就有至少3台是以硬件融合为特征的PET/CT。然而自从上世纪90年代初临床开始将以18F-FDG显像为主的PET检查投入常规商业运行以来,PET技术的发展就被紧紧地控制在核医学业界的手中而没有其他领域的人士染指。在过去的5年里,包括PET/CT商业制造在内的PET技术迅猛地发展。PET/CT相对于专用PET的优势来源于分别提供结构信息和功能信息的两种显像技术的完美结合。这些优势及其所带来的对疾病定位与定性的能力的提高现在已经被范围远远大于核医学界的广大医学界人士所掌握。在这种情况下核医学界的某些成员-专业医师-就有可能面临被淘汰的危险。其原因是显而易见的。正如PET/CT要大规模的取代专用PET一样,装备了可应用口服及介入增强剂并具有更高电功率的诊断级CT的PET/CT也必将取代单一的CT。由于很多核医学医师并不精通CT断层解剖学,他们目前也无法对PET/CT中的CT信息予以专业的解读。而如果PET/CT检查只需停留在仅仅将其CT部分用于衰减校正和18F-FDG PET显像中病灶定位的初级水平,那么就不需要进行诊断水平的CT检查,也没有必要对CT信息进行正式的解读。对于并不精通PET显像的放射学医师而言,他们正面临这正好恰恰相反的问题,鉴于此一些人提出PET和CT应该分别由各自领域有资格的医师进行解读。然而从长远看,这个建议也并不能解决问题。为了保证接受PET/CT检查的患者能够得到最好的处理,进行此项工作的医师们必须要同样的精通于PET和CT这两个领域。这一综合工作的最高水平要求医师们将诊断级别CT显像信息和PET显像信息一起用于对患者的诊断当中。这个目标也只能由在这两个领域都受过严格培训并达到相当水准的专业人士才能完成。.不幸的是,目前核医学专业和放射学专业的学院教育各自互不相关,并不能提供达到上述专业水准要求的经验和所需培训。这种课程设置的缺失使无论患者还是专业界都无法达到他们所期望的目的。
    纠正这一状况要从两个水平入手。在学院教育水平,必须有足够长度和覆盖面的课程,以使住院医师能在断层显像和PET这两个专业都接受教育和培训。在临床实践水平,必须有充足的、充分混合的继续教育和经验总结,以使从业者能够在这两个领域达到同样高水平的诊断、解读和综合能力。对于住院医师而言,有必要对院校课程学习所提供的培训和经验的水平进行评价和调整,以求达到新形势下的PET和CT教育的要求。对于临床医师而言,相关的专业协会有必要为此研讨并建立继续教育和经验总结的具体措施,这些措施将能够提高并专业化PET/CT临床从业者的资质,使之获得广泛认同和尊重。这些措施和途径正在被付诸行动,这必将成为核医学界的胜利,同样更是患者的福音。
    PET-CT绝非万能的但其绝对是影像技术的一次革命性的突破其在肿瘤临床诊治中将发挥愈来愈大的作用!
    医用前景
    近年来,我国PET/CT仪增加很快,经调查,截止2006年8月底安装PET/CT达54台,目前存在的问题是:各地发展不平衡,配制欠合理;缺少关于PET/CT的检查指南和诊疗规范;科学研究缺乏创新,缺乏多中心的研究成果,缺乏大宗病例的总结报告,关于卫生经济学评价的研究刚刚起步;综合影像学和放射性药物的人才明显不足,通过继续教育解决急需。
    PET/CT主要用于恶性肿瘤,而在我国恶性肿瘤已成为危害人民健康的主要杀手,因亲人患肿瘤致贫的家庭已不少见。实际情况是:尽管PET/CT这一高端设备对患者的诊断和治疗很有帮助,但相当多的患者因无力支付昂贵的检查费,不得不放弃使用。为此,上述54个中心除个别外,全年1个中心的检查量难以超过1500人次,以致多数PET/CT和加速器没有发挥作用。可以预料,随着PET/CT应用的逐渐成熟,PET/CT的临床价值一定会被认可,一旦有部分病种(如某些恶性肿瘤)的检查费用被纳入医疗保险,PET/CT检查的需求量将大幅度上升,在临床上会发挥更大的作用。
    原理
    一、PET显像的基本原理
    PET是英文Positron Emission Tomograpny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。便得到人体各部位横断面、冠状断面和矢状断面的影像。
    PET系统的主要部件包括机架、环形探测器、符合电路、检查床及工作站等。探测系统是整个正电子发射显像系统中的主要部分,它采用的块状探测结构有利于消除散射、提高计数率。许多块结构组成一个环,再由数十个环构成整个探测器。每个块结构由大约36个锗酸铋(BGO)小晶体组成,晶体之后又带有2对(4个)光电倍增管(PMT)(请看图1)。BGO晶体将高能光子转换为可见光.PMT将光信号转换成电信号,电信号再被转换成时间脉冲信号,探头层间符合线路对每个探头信号的时间耦合性进行检验判定,排除其它来源射线的干扰,经运算给出正电子的位置,计算机采用散射、偶然符合信号校正及光子飞行时间计算等技术,完成图像重建。重建后的图像将PET的整体分辨率提高到2 mm左右。
    PET采用符合探测技术进行电子准直校正,大大减少了随机符合事件和本底,电子准直器具有非常高的灵敏度(没有铅屏蔽的影响)和分辨率。另外.BGO晶体的大小与灵敏度成正相关性。块状结构的PET探头。能进行2D或3D采集。2D采集是在环与环之间隔置铅板或钨板,以减少散射对图像质量的影响2D图像重建时只对临近几个环(一般2-3个环)内的计数进行符合计算,其分辨率高,计数率低;3D数据采集则不同。取消了环与环之间的间隔,在所有环内进行符合计算,明显地提高了计数率,但散射严重,图像分辨率也较低,且数据重组时要进行大量的数据运算。两种采集方法的另一个重要区别是灵敏度不同,3D采集的灵敏度在视野中心为最高。
    二、多层螺旋CT的工作原理
    CT的基本原理是图像重建,根据人体各种组织(包括正常和异常组织)对X射线吸收不等这一特性,将人体某一选定层面分成许多立方体小块(也称体素)X射线穿过体素后,测得的密度或灰度值称为象素。X射线束穿过选定层面,探测器接收到沿X射线束方向排列的各体素吸收X射线后衰减值的总和,为已知值,形成该总量的各体素X射线衰减值为未知值,当X射线发生源和探测器围绕人体做圆弧或圆周相对运动时。用迭代方法
    求出每一体素的X射线衰减值并进行图像重建,得到该层面不同密度组织的黑白图像。
    螺旋CT突破了传统CT的设计,采用滑环技术,将电源电缆和一些信号线与固定机架内不同金属环相连运动的X射线管和探测器滑动电刷与金属环导联。球管和探测器不受电缆长度限制,沿人体长轴连续匀速旋转,扫描床同步匀速递进(传统CT扫描床在扫描时静止不动),扫描轨迹呈螺旋状前进,可快速、不间断地完成容积扫描。
    多层螺旋CT的特点是探测器多层排列。是高速度、高空间分辨率的最佳结合。多层螺旋CT的宽探测器采用高效固体稀土陶瓷材料制成。每个单元只有0.5、1或1.25 mm厚,最多也只有5 mm厚薄层扫描探测器的光电转换效率高达99%能连续接收X射线信号。余辉极短,且稳定性好。多层螺旋CT能高速完成较大范围的容积扫描,图像质量好,成像速度快,具有很高的纵向分辨率和很好的时间分辨率。大大拓宽了CT的应
    用范围,与单层螺旋CT相比。采集同样体积的数据,扫描时间大为缩短,在不增加X射线剂量的情况下,每15 S左右就能扫描一个部位;5S内可完成层厚为3 mm的整个胸部扫描;采用较大的螺距P值,一次屏气20 S,可以完成体部扫描;同样层厚,同样时间内,扫描范围增大4倍。扫描的单位时间覆盖率明显提高,病人接受的射线剂量明显减少,x线球管的使用寿命明显延长,同时,节省了对比剂用量,提高了低对比分辨率和空间分辨率,明显减少了噪声、伪影及硬化效应。另外,还可根据不同层厚需要自动调节X射线锥形线束的宽度,经过准直的X射线束聚焦在相应数目的探测器上探测器通过电子开关与四个数据采集系统(DAS)相连。每个DAS能独立采集完成一套图像,按照DAS与探测器匹配方式不同。通过电子切换可以选择性地获得1层、2层或4层图像,每层厚度可自由选择(0.5、1.0、1.25 mm或5、10 mm。采集的数据既可做常规图像显示,也可在工作站进行后处理,完成三维立体重建、多层面重建、器官表面重建等,并能实时或近于实时显示。另外.不同角度的旋转、不同颜色的标记,使图像更具立体感更直观、逼真。仿真内窥镜、三维CT血管造影技术也更加成熟和快捷。
    三、PET-CT的图像融合
    PET与CT两种不同成像原理的设备同机组合,不是其功能的简单相加。而是在此基础上进行图像融合,融合后的图像既有精细的解剖结构又有丰富的生理.生化功能信息能为确定和查找肿瘤及其它病灶的精确位置定量、定性诊断提供依据。并可用X线对核医学图像进行衰减校正。
    PET-CT的核心是融合,图像融合是指将相同或不同成像方式的图像经过一定的变换处理使它们的空间位置和空间坐标达到匹配,图像融台处理系统利用各自成像方式的特点对两种图像进行空间配准与结合,将影像数据注册后合成为一个单一的影像。PET-CT同机融合(又叫硬件融合、非影像对位)具有相同的定位坐标系统,病人扫描时不必改变位置,即可进行PET-CT同机采集,避免了由于病人移位所造成的误差。采集后两种图像不必进行对位、转换及配准,计算机图像融合软件便可方便地进行
    2D、3D的精确融合,融合后的图像同时显示出人体解剖结构和器官的代谢活动,大大简化了整个图像融合过程中的技术难度、避免了复杂的标记方法和采集后的大量运算,并在一定程度上解决了时间、空间的配准问题,图像可靠性大大提高。
    PET在成像过程中由于受康普顿效应、散射、偶然符合事件、死时间等衰减因素的影响,采集的数据与实际情况并不一致,图像质量失真,必须采用有效措施进行校正,才能得到更真实的医学影像。同位素校正得到的穿透图像系统分辨率一般为12 mm、而X线方法的穿透图像系统分辨率为1mm左右图像信息量远大于同位素方法。用CT图像对PET进行衰减校正使PET图像的清晰度大为提高,图像质量明显优于同位素穿透源校正的效果(请看图2),分辨率提高了25%以上,校正效率提高了30%,且易于操作。校正后的PET图像与CT图像进行融合,经信息互补后得到更多的解剖结构和生理功能关系的信息对于肿瘤病人手术和放射治疗定位具有极其重要的临床意义。
    临床应用
    PET-CT提供的预测和治疗处理信息比单独PET和CT多得多,它超越了单独PET和单独C丁的现有领域,既能完成超高档CT的所有功能,又能完成PET的功能——20 min能完成全身CT扫描,比单纯PET的效率提高了60%以上还能提供比CT更为准确、快速的心肌和脑血流灌注功能图像。PET-CT融合图像能很好地描述疾病对生物化学过程的作用,鉴别生理和病理性摄取,能在疾病得到解剖证据前检测出早期发病征兆,甚至能探测到小于2 cm的亚临床型的肿瘤,为临床正确确定放疗的计划靶区(临床靶区与生物靶区相结合)、检测治疗过程中药物和放疗效果提供最佳的治疗方案和筛选最有效治疗药物。

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