正电子发射计算机断层扫描仪1

1、正电子发射计算机断层扫描仪(PET引言(Positron Emission Tomography, P E T是核医学发展的一项新技术,代表了当代最先进的无创伤性高品质影像诊断的新技术,是高水平核医学诊断的标志,也是现代医学必不可少的高技术。目录1.一、PET正电子扫描的发展史2.二、PET的工作原理3.三、PET的临床应用4.四、PET的意义及技术发展前景5.五、PET的市场6.PET正电子扫描的发展史1927年,Dirac.PAM预言了正电子的存在。5年后,Anderson.C观察到第一个正电子。在这些物理实验后不久,对正电子发射体在医学影像中的应用就开始了探索。1957年,经过不断改进,

2、第一台用于生产短半衰期正电子核素的医用小型加速器在伦敦Hammer smith医院启用。利用加速器生产的正电子核素进行正电子显像却经历了半个多世纪的发展过程。从正电子扫描仪的机型上,经历了电子平面扫描机、正电子照相机和正电子发射计算机断层3个阶段。20世纪60年代后半期,华盛顿大学的Ferpogossian Phelps和加利福利亚大学的Edward Hoffman等设计出一种带铅准直器的探测器用以探测正电子,这就是初期的正电子平面扫描机,但其显像结果不是很理想。1966年,Anger Ho等设计出了正电子照相机的技术模型。不久后,David E Kuhl等证实用虑波反投影重建技术可产生正确的

3、横断层图像。20世纪70年代初,Gordon Brownd等建立了第一台医用正电子照相机。70年代初,Jame S Robertson等设计出一种环状的、不连续的探测仪来进行正电子断层显像的第一步。1973年,Hounsfied GN发明了X射线CT。受其启发,Phelps Hoffman和Terpogossian放弃了原有的设计,建立了一台最早的可行断层显像的PET扫描仪原型,PET扫描仪原型整合了所有现代PET扫描仪的基本原理,但其分辨率较差。1976年,第一台商业化PET扫描仪面世。80年代始,PET生产厂家CTI和Scanditronix分别与西门子和CE公司合作。大公司的介入使PET

4、扫描仪的发展进入新的阶段。90年代始,PET开始从学院性研究进入临床竞技场。90年代后,多环探测器的应用使PET的射线探测能力和分辨率都有了明显的提高,促使了PET临床应用的推广。1998年,美国健康卫生财政管理局同意将多种18F-FDG PET适应症纳入医保范围, PET从而获得了一张广泛临床应用的“绿卡”,促使其进一步发展。PET的工作原理PET是Positron Emission Tomography的缩写,汉语名称为正电子发射计算机断层仪。PET与CT结合在一起,即组成了目前医学影像中超高档的产品PET/CT。 PET是利用放射性核素示踪剂,无创伤地进行显像以反映脏器的功能,血流和代谢

5、变化。由于脏器的任何由疾病导致的解剖结构变化之前均会发生血流功能和代谢的变化,因此PET有发现疾病早期的功能代谢改变的能力,为治疗赢得宝贵的时间。PET原理PET是目前国际上最尖端的医学影像诊断设备,也是目前在分子水平上进行人体功能显像的最先进的医学影像技术,是核医学最高水平的标志。PET的基本原理是利用加速器生产的超短半衰期同位素,如18F、13N、15O、11C等作为示踪剂注入人体,参与体内的生理生化代谢过程。这些超短半衰期同位素是组成人体的主要元素,利用它们发射的正电子与体内的负电子结合释放出一对伽玛光子,被探头的晶体所探测,经过计算机对原始数据重建处理,得到高分辨率、高清晰度的活体断层

6、图像,以显示人脑、心、全身其他器官及肿瘤组织的生理和病理的功能及代谢情况。2.2 PET优势510PET作为一种无创伤检查手段,可以从体外对人体内的代谢物或药物的变化进行定量、动态检测,被称为“活体生化成像”。PET是唯一的用解剖形态方式进行功能、代谢和受体显像的技术,可显示生物物质相应活动的空间分布、数量及其随时间的变化。它不同于CT、MRI所反映的组织密度信息为主的断层图像,是从人体分子学水平来检测和识别在疾病状态下先于组织器官结构变化而发生的代谢改变的一种现代影像技术,可以更早期、灵敏、准确、定量、客观地诊断和指导治疗多种疾病,给科研和临床诊断、治疗提供了难得的多种超前信息,有助于临床医

7、生更科学、更全面、更合理地制订手术和治疗方案,显著提高医疗质量,已成为近几年医学影像学发展的热点。具体如:PET扫描仪的基本原理很简单:选择一种参与体内某一生理代谢过程的物质(如deoxyglucose,DG,并标记上一种发射正电子的核素(如18F,由此形成示踪剂(18Ffluoro-2-deoxy-glucose, 18F-FDG。将示踪剂静脉注入人体后,它首先在体内的血管系统扩散,并通过毛细血管壁进入组织。然后,或直接参与体内代谢过程,或被限制在某些特定的组织区域。最后,体内的示踪剂通过各种排泄途径而消失。由于示踪剂在体内的分布与代谢过程是动态的,所以体内各组织部位的示踪剂浓度是不断变化的

8、,仅有少数几种示踪剂,比如18F-FDG,经过一定时间后,在体内的浓度分布是相对稳定的。在示踪剂注入体内后的整个过程中,都可使用PET扫描仪在体外探测示踪剂发出的正电子湮灭辐射信号,从而确定示踪剂在体内的位置,由此得到示踪剂在体内的代谢过程与分布图像。PET在1992年度被美国评为十大医学及生理学高科技项目,在临床应用上已成为诊断和指导治疗肿瘤、冠心病和脑部疾病的最优手段。以FDG(fluorodeoxyglucose为示踪剂的PET影像已广泛应用于肿瘤临床,使肿瘤的诊断、分期和治疗方案的选择发生了根本性变革1114。据UCLA提供的统计资料表明,以每百万人为基数,对肿瘤病人分期诊断,通过PE

9、T明确诊断比没有通过PET明确诊断,每个病人平均节约费用近2/3。这也许就是美、欧不少著名大学和医疗中心已有两台以上PET而继续引进的原因。PET在对脑部疾病的诊断方面,更显示了其独到的本领15。脑外科的一些手术,如癫病、脑肿瘤在手术之前,先要做癫痫病灶的定位、脑部肿瘤恶性程度的手术分级等。这些工作让CT等设备来做是困难的,但是应用PET进行检查,却可以容易地获得正确的结果。PET检查还可以对某些组织或病变的代谢变化进行定量分析。然而,PET的功能和作用远不止这些,它还能够将人类视、听等功能活动在大脑皮质上定位;能从体外显示药物在人体的作用部位和作用效果;能无创伤地研究人体基因的表达状况。这些

10、功能无疑将使PET 在许多新兴的基础学科与临床医学之间架起了最好的桥梁。此外,预计在中药作用原理、经络探讨等方面,PET也将显示其独特PET 显像是一种“核素示踪影响技术”。其原理是将人体代谢所需要的物质,如:葡萄糖、蛋白质、核酸、脂肪酸等标记上短寿命的放射性核素(如 18F 制成显象剂(如氟代脱氧葡萄糖,简称 FDG 注入到人体内后进行扫描成像。当放射性的18-F源衰变时,产生一个正电子,并且和周围的原子和电子相作用,发生散射作用并迅速损失能量。在一段极短的距离和时间内,正电子将与一个临近的电子发生“湮没辐射“(Annihilation,在此过程中两个粒子消失,生成两个背向的湮没辐射光子,能

11、量都为511kev。湮没辐射是爱因斯坦著名的质能方程E=mc2的完美例子, 正电子和电子的质量(m在该过程中转换为能量(E,转化系数为光速的平方。PET显示的正是正电子在体内湮没辐射的地点,但由于分子衰变的位置与湮没辐射发生的位置非常小(该距离为正电子游程,因此,湮没地点的分布可以很好地模拟发射正电子的分子的分布。在传统PET技术,当两个511kev湮没辐射光子在预设的符合时间窗内被探测到时,系统会认为有一个“有效事件”发生。.正电子湮没辐射发生的原始位置,在射线命中的两块晶体所连成的响应线上。但在响应线(LOR上具体哪个位置,却只有通过图像重建才可以确定。由于没有任何其他信息提供,重建算法在

12、进行起始重建时,被迫假定湮没位置在响应线的所有位置的概率是一样的,这样就相当于把许多正确的信息放在了错误的位置上,由此导致了大量的噪声。在ToF PET中,两个湮没辐射的光子到达晶体的实际时间差可被测量并记录,距离响应线中心位置越远,两个光子到达晶体的时间差越大。利用该时间差,理论上可以确定湮没辐射的位置。但由于系统时间响应有一定的误差,因此所确定的淹没辐射的位置也不是一个精确的点,只能限定在以该点为中心的一定范围。但即便如此仍可对重建参数进行约束,将湮没辐射位置初步确定在数厘米范围内,进而对该事件的重建信息(位置、浓度就可以进行更合理的权重分配。由于制成显象剂的物质的分子结构被破坏,使得其在

13、细胞内不能被正常分解,显象剂中的核素就被截留在细胞内。再加上人体各组织器官的代谢状态,病变组织和正常组织的代谢状态都不同,核素在不同组织器官,正常和不正常的组织器官中的分布也就都不同。显象剂中的放射性核素的正电子在人体内与一个负电子湮灭能产生两个光子, PET 设备能通过捕获光子来显示人体内核素的分布情况,再把接收到的信息经计算机处理,就能判别人体内组织器官是否有病变,是什么组织发生了病变。由于 PET 显像技术利用的是生理生化活动机理,所以 PET 显像技术又被称作生化显像或功能分子显像技术,它是目前唯一可以在活体分子水平完成生物显像的影像技术。癌症细胞分裂迅速,新陈代谢旺盛,较正常细胞消耗

14、更大量的葡萄糖,作为分裂的能源,葡萄糖会聚集于代谢特别旺盛的细胞组织。利用这个原理, PET 扫描使用微量带有正电子的氟化脱氧葡萄糖(简称 FDG 注入体内:经由血液循环传送至体内组织器官,利用正电子衰变时发射的伽玛射线,用 PET 扫描仪测知射线的存在,经由超级电脑运算组合成全省各层影响,就能看到代谢特别旺盛的癌症细胞,提供医师诊断及判断。PET的作用PET检查使用的造影剂FDG是含微量正电子核素与脱氧葡萄糖的结合物,无任何副作用,做一次PET检查对人体的照射剂量仅相当于一次X光片的剂量,而且衰变及排泄极快,对人体不产生任何危害。PET开创了在分子水平无创伤性研究人脑功能和心肌存活情况的先河

15、,使核医学迈入了“分子核医学”的新纪元。PET的绝妙之处首先在于它打开了一个揭示大脑奥秘的“窗口”,用PET可观察到人在看东西、听音乐、记忆、焦急、兴奋等行为或心理活动时,大脑特定部位细微的代谢、血流等的明显变化。甚至你眨一下眼睛,都能在大脑相应的特定部位发现局部代谢有改变。PET不仅是检查和指导治疗脑部疾病的优秀工具,同时也是研究医药学基本理论及实际问题的有力手段。美国著名核医学家Wagner教授称PET是“继高能物理及基因工程之后20世纪第三个最伟大的成就”。PET的优势在于能灵敏地看到体内任何一个平面代谢功能的动态变化,而不受上下各平面放射性分布的干扰,又能重建并得到三维影像。它能解决许

16、多其他影像检查解决不了的问题。PET的工作原理是通过特异放射性生物活性分子,参与活体的代谢过程来反映机体的生理、生化改变。使用特殊的探测成像设备,可以在体外无创伤地、动态地、定量地从分子水平观察到生物活性分子进入人体内的生理、生化变化,因此,PET常被称为“活体生化显像”。PET虽然也是利用原子核技术,存在一定的放射性,但是它非常安全,一次全身PET 检查的照射剂量远远小于一个部位的常规CT检查。二、PET的研究应用价值目前的生物医学研究大都在体外进行,或用动物模型来模拟人的生理生化过程,研究人类的生命现象和疾病起因。但体外实验并不能完全反映体内情况,动物实验的结果也不能直接用于人体。因此,在

17、分子生物学、分子遗传学和分子药理学等新兴基础学科与临床医学之间需要一道桥梁,才能够把基础学科的最新发现迅速引入到临床实践中去。核医学正是这道最好的桥梁。过去,研究新药全靠有机化学家合成新化合物,然后由药理学家用动物实验来筛选这些化合物是否有效;如今,分子核医学使得药物设计、开发、评价及监测不仅可用动物,也可直接在人身上进行。人们可以用PET确定某种药物的特异分子结构与其体内生化效应之间的关系,可以在分子水平测定药物对体内能量代谢、合成过程、信息传递及调节机制的影响。PET的出现,将极大地推动药物创新的步伐,成为现代创新药物研究中的尖端技术。另一方面,有着悠久历史的中医药由于缺乏现代科学语言表述

18、的评价方法和技术指标,因此难以与国际接轨。而用PET评价中药疗效和疾病不同阶段药物的作用是非常有价值的,可以预计,PET在探讨中药作用机制和疗效、经络本质等方面,有着现有研究手段无法比拟的优越性。PET的进一步发展走向了一个更高的领先领域那就是PET-CT相融合的新技术。PET-CT的应用1、在肿瘤方面的应用鉴别良恶性肿瘤或病变,并为疑难的病灶提供准确的穿刺或组织活检的部位;对恶性肿瘤进行分期和分级,了解全身受累范围;对肿瘤各种治疗的疗效进行评估;为不明原因的转移性肿瘤寻找原发灶;恶性肿瘤预后的判断;鉴别肿瘤治疗后是瘢痕或复发;为恶性肿瘤的放射治疗(尤其是精确放疗提供准确的定位。2、在神经及精

19、神系统方面的应用在神经系统疾病方面,PET/CT可以进行癫痫的定位诊断、痴呆的鉴别诊断、脑外伤的脑代谢状况的评估等。3、在心血管疾病方面的应用判断心肌是否存活的“金指标”。对冠心病心肌缺血的范围、程度以及冠脉搭桥手术适应症的选择具有重要价值。4、在健康体检方面的应用随着人们生活方式、工作压力的改变,出现了退行性疾病的低龄化及肿瘤发病率持续上升的情况,定期进行PET/CT体检,可以早期发现这些处于萌芽状态的病灶,从而达到早发现、早治疗、早康复的目的,同时还可对一些良性病变进行监测,以提高生活和生命质量优点介绍一、代谢显像:能够检测病灶的代谢活性CT、MRI等影像学检查已经能够较好的检测病灶的大小

20、、形状、部位、与周围结构的关系,增强造影还可以看到病灶的血供情况。在肿瘤诊断中发挥重要作用。但在一些情况下,这些检查却不能很好的鉴别良恶性病变,如:孤立性肺结节的诊断和鉴别诊断一直是胸部影像学的重点和难点,CT的临床应用使孤立性肺结节的诊断取得很大进步,但还有相当一部分病例难以确定;肺癌患者复查时CT发现肺门或纵膈内直径1cm的淋巴结,是淋巴结炎?还是肿瘤淋巴结转移?很难鉴别;较小的肿瘤病灶化疗后缩小不明显,是化疗无效?还是肿瘤已被抑制,局部变为疤痕组织?在“PET-CT是什么样的检查”一文中已经介绍了肿瘤18F-FDG PET-CT显像的原理,知道PET-CT能够检测病灶的代谢活性。对于前述

21、的几种情况,如果做PET-CT检查,在CT显像的基础上,检测出病灶的代谢活性,便能很好的做出诊断。二、全面性:一次即可完成全身检查现有的影像学检查,如CT、MRI,通常是分部位或脏器检查的,如:头颅CT或MRI、胸部CT、肝脏CT、盆腔CT等。通常一次CT或MRI检查只做1个或几个部位,并不能包括全身。但恶性肿瘤有其自身特点,如肿瘤转移具有方向不确定性、数量不确定性,即肿瘤有可能向身体的任何部位发生多发性的转移,只有全面掌握病情,才有可能制定出正确、合理的方案,遗漏某个部位、或某几个部位的转移,诊断都是不完善、不全面的,相应的,制定出的治疗方案也不可能全面和完善的。因此,全面检查对了解肿瘤现状

22、是具有重要意义的。而PET-CT一次即可完成全身检查,避免了漏网之鱼。具有明显的优越性。从另一个角度来看,一次性完成全身检查也提高了PET-CT的性价比。正是因为上面的两个特点,PET-CT已经在肿瘤的诊治领域发挥着重要的作用,现在,仍有很多临床研究在探索PET-CT在不同肿瘤、不同方面的应用,相信随着PET-CT临床应用的推广及研究的深入,PET-CT必将在更多肿瘤的更多领域发挥更大的作用。PET的临床应用一、PET在脑瘤中的应用1. 临床诊断:脑瘤细胞无限制分裂增殖,PET表现呈高代谢改变。FDG在脑瘤中蓄积大于脑组织,形成摄取热点,与脑组织形成分界(1。并且发现高血糖能增强FDG-PET

23、脑瘤诊断检出率,使肿瘤显示更加清楚。但在正常脑组织中,灰质FDG摄取略高,白质略低。在高级别胶质瘤浸润到灰质时和低级别胶质瘤浸润到白质时,肿瘤FDG-PET表现与脑组织易混淆(6。FDG摄取也缺乏特异性,炎症、感染及癫痫发作时脑组织摄取增加(9。低级别胶质瘤FDG摄取可能低于脑组织,类似脑梗塞Ogawa等(6用11C-蛋氨酸评价胶质瘤,在大部分病人中,发现蛋氨酸蓄积区域与CT表现不完全相符,手术证实PET构画的肿瘤范围比CT更准确、更清楚。进一步实验结果提示11C-酪氨酸摄取、代谢比11C-蛋氨酸更能反映蛋白质合成率(7。11C-酪氨酸PET对脑瘤诊断的敏感性、特异性及正确率分别为92%、67

24、%及89%。定量分析发现肿瘤与对侧脑组织蛋白合成率之比为1.365.19。这是因为酪氨酸在血浆和脑组织中浓度较低,但结合到蛋白质的速度较快,在蛋白质中含量较高。肿瘤组织对FDG摄取比TDR多,但脑组织对FDG摄取也较多,而对TDR较少,TDR-PET图像也较FDG清晰(9。2. 肿瘤性质判断:普遍认为PET对肿瘤恶性度预测比CT和MRI准确。示踪剂摄取情况直接与细胞代谢、细胞密度、细胞分裂程度等有关。Delbeke等(11对58例组织学证实的肿瘤病人进行回顾性研究,结果发现如果肿瘤/白质(T/WMFDG摄取率>1.5,肿瘤/皮层(T/C> 0.6,提示是高级别肿瘤;如果T/WM&l

25、t;1.5,T/C<0.6,提示是低级别肿瘤。其特异性和敏感性分别为94%和77%。用FUDR-PET检查胶质瘤病人,发现高级别和低级别胶质瘤FUDR摄取率相差也非常显著(8。3. 疗效观察:PET能较准确判断术后病人有无肿瘤残留或复发、放疗后放射性坏死及化疗后肿瘤反应。Janus等(2在FDG-PET检查后再次手术的20例肿瘤病人中,FDG摄取增加的9例病理证实有肿瘤复发,摄取减少的6例无肿瘤复发,其余5例PET结果与有无肿瘤复发不符合,但这5例病人均为强化放疗后。作者认为FDG摄取有赖于许多因素,如肿瘤内细胞的异型性,放疗和化疗相互作用,肿瘤厌氧细胞数等。肿瘤坏死FDG摄取减少,但机

26、体加快坏死后修复反应而又使FDG摄取增加。4. 预后评价:肿瘤FDG-PET持续表现FDG高摄取(灰质者预后差,生存期短;相反,如表现低摄取(<灰质者预后好,生存期长(2。PET对预后评价优于CT和MRI。Holzer等(3发现多形性胶质母细胞瘤均呈高代谢(>正常白质改变,代谢指数(残留肿瘤最大代谢率与对侧脑代谢率之比和病人预后及一般状况密切相关,但单独的肿瘤代谢率与生存期及一般状况关系不大。对侧脑组织代谢降低与颅内占位、脑水肿及颅内高压等原因有关。二、PET在肿瘤诊断与研究中的应用PET在肿瘤学的诊断与研究中主要用于良恶性鉴别,肿瘤分期、分型、复发、转移的早期诊断和鉴别,抗治疗现

27、象的检测与监测,治疗方案的选择和疗效监测,以及恶变过程的观察与基础研究等。众所周知,葡萄糖是脑细胞的主要能量来源,而18F-FDG是葡萄糖的类似物,用18F-FDG测定脑葡萄糖的利用率,实现脑肿瘤的代谢显像,通过葡萄糖利用率与肿瘤细胞增殖和分化的相关性,可对原发性肿瘤进行体内分级。Delbeke等定量分析58例脑肿瘤患者的脑18F-FDG-PET图像,经病理证实32例为高度恶性肿瘤,其中20例为胶质瘤。26例为低度恶性肿瘤,其中18例为胶质瘤。Francavilla等对12例脑肿瘤病人进行10年随访观察,认为PET可反映脑肿瘤葡萄糖代谢程度,用来监测肿瘤恶变的发生,并可判断肿瘤的恶性程度。肿瘤

28、组织在形成肿块之前,往往先出现代谢异常,高度恶性者代谢明显高于低度恶性者,后者病灶内18F-FDG聚集量仅为前者的10%。18F-FDG-PET显像对肺癌鉴别诊断及分期有重要价值。国内李家敏等曾报道27例肺癌病人(其中单发癌灶者11例和10例肺部单发良性病变。结果示11例病理检查证实的均可见局部高18F-FDG浓集区。10例单发良性者,除1例肺结核外,9例均未见高18F-FDG浓集区。定量测定SUV和L/NUR定量参数,9例经手术治疗的肺癌病人术前PET分期结果均与手术分期结果一致,CT或MRI仅6例与手术分期结果一致,PET还在11例发现了17个CT和MRI未能发现的转移灶。表明PET是鉴别

29、肺部单发肿块性质和肺癌分期的准确可靠的方法,其准确率高于CT或MRI。国内王辉等对14例单侧肾上腺肿瘤病人进行了18F-FDG-PET显像,在14处肾上腺肿瘤的病灶中,6处良性肿瘤均未见18F-FDG摄取,而8例恶性肿瘤均有18F-FDG浓集,诊断灵敏度、特异性及准确率均为100%。18F-FDG-PET对神经母细胞瘤诊断有明确价值。并且对MIBG显像阴性病例,而18F-FDG呈阳性所见。最近Zimny报告106例胰腺肿物,其中胰腺癌74例,慢性胰腺炎32例,用目测法诊断,经与术后病理对照,PET对胰腺癌诊断的敏感性为85%,而对慢性胰腺炎的符合率为84%。PET还用于多种肿瘤的诊断,如肝癌、

30、结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、黑色素瘤、骨肿瘤以及其它软组织肿瘤。三、在癫痫病人中应用1. 癫痫灶PET表现:癫痫发作时和发作后短时间内FDG-PET检查可发现癫痫灶葡萄糖摄取增加,呈高代谢改变,而生物学机制可能不一样,前者与癫痫发作时能量消耗增加有关,后者与癫痫发作后恢复细胞膜静止电位和恢复细胞膜内外化学物质平衡而消耗能量有关(4。但发作期不适合PET检查。发作间期脑功能低下,癫痫灶呈低代谢改变。FDG发现的低代谢灶范围往往超过EEG测定癫痫灶范围和病理学检查结果,尤其是MRI检查未见有解剖学异常的病人(14。癫痫是一种症状,尽管表现类似,病理机理不同,功能影像学表现也可能不同(3,5。Haje

31、k等(15在1993年报道颞叶内侧癫痫表现为颞叶弥漫性低代谢,以颞极和海马区域明显;颞叶外侧癫痫表现为颞叶外侧部低代谢;颞叶肿瘤、结构异常引起的癫痫低代谢灶较为局限。2.PET检查的敏感性和特异性:Spencer等(3统计文献报道的312例癫痫发作间期FDG-PET 检查结果,其中PET诊断颞叶癫痫205例,颞叶外癫痫32例,不能定位或检查阴性75例。发现颞叶癫痫敏感性高于颞叶外癫痫。如果以EEG定位结果衡量发作间期PET检查敏感性和特异性,颞叶癫痫分别为84%和86%,颞叶外癫痫分别为33%和95%。以术后病理检查结果衡量,结果比上述低。颞叶癫痫灶PET定位和EEG定位不符合率比颞叶外癫痫低

32、,前者仅占2%,后者占9%。因此,PET在颞叶癫痫中的应用价值比颞叶外癫痫更大。但在新生儿和婴儿局灶性癫痫中,特别是婴儿痉挛,PET定位较敏感(3。有双侧颞叶癫痫的病人癫痫灶PET定位仍较困难。Benbadis等(16对25例需要作深部电极EEG检查的双侧颞叶癫痫病人进行FDG-PET检查,发现15例有一侧低代谢灶,其中与深部电极EEG检查结果相符10例(67%,不相符5例(33%。Savic等(10用11C-Flumazenil作为示踪剂,对局灶性癫痫和额叶癫痫进行检查,用定性和定量方法分析,并与颅内和颅外EEG及FDG-PET检查结果相比较。上述病人均发现有BZ 受体低密度灶癫痫灶,其敏感

33、性和正确性比FDG-PET高。BZ受体密度减小程度和范围与癫痫发作频度成正相关。因此,Flumazenil可能是比FDG更佳的癫痫灶示踪剂。3. 对癫痫外科治疗指导意义:由于PET检查无创伤性,对癫痫灶定位有较好敏感性,与EEG定位符合率也较高,从而使大量病人免除作深部电极和皮层电极EEG检查。在成人和儿童癫痫中,PET能使50%以上病人免除术前动态颅内EEG监护;在婴儿癫痫中,使90%以上病儿免除术前动态颅内EEG监护(17。术前PET检查能对术后效果进行预测。普遍认为术前PET检查有明确癫痫灶定位者手术效果较好(17,并且低代谢程度、范围与手术后癫痫控制率成正相关。如果把PET结果与MRI

34、 结果相结合,对癫痫术后效果预测意义更大。四、在脑外伤病人中应用脑外伤PET研究报道较少。重度脑外伤病人PET检查通常在康复期或慢性期进行。Worley 等(18发现伤后12周内检查的PET结果与预后有明显相关,而后期PET检查的意义不如CT和MRI。PET对严重弥漫性脑损伤病人可定量评价临床改善情况。逆行性健忘和学习能力轻度丧失的病人可发现双侧海马和扣带回低代谢改变。Jansen等(19用55钴(Co作为钙离子示踪剂,对中度脑外伤病人进行Co-PET检查,结果发现局部Co高摄取范围比CT和MRI表现的异常范围大。五、PET在心脏病学研究中的应用PET主要用于隐性、高危和疑难冠心病诊断,心肌存

35、活(myocardial viability的检测、介入治疗前后监测、心脏移植、心肌病等的诊断及治疗随访观察等。应用18F-FDG -PET显像观察心肌代谢是冠心病诊断的金标准,是目前应用最多的项目。冠心病心肌缺血可能导致三种结果,即:心肌顿抑(stunning、心肌冬眠(hibernating和心肌坏死(梗塞或瘢痕,前两种是可逆过程。如果实行再血管化(revascularization以后,恢复心肌血流,心肌细胞可以恢复功能医学教育网搜集整理。后一种是不可逆损伤,即使血运重建,心肌组织也不可能恢复,而为瘢痕组织所代替,因此18F-FDG-PET显像对冠状动脉搭桥术的筛选及手术成功率起到不可估

36、量的作用PET能反映心肌血流灌注与活力两方面信息,PET可通过先后观察血流(13N-NH3或15O-H2O显像和葡萄糖摄取(18F-FDG显像的方法判断心肌是否存活。如果血流灌注下降而心肌对18F-FDG摄取正常乃至增加(代谢-血流不匹配表明心肌细胞仍存活;如果血流下降的心肌18F-FDG摄取也降低(血流-代谢匹配则该节段的心肌已不存活。因此PET可作为评价心血管重建术疗效的有效指标。国内刘秀杰等报道应用18F -FDG-PET心肌代谢显像对再血管化手术治疗后心肌室壁运动改善的阳性和阴性预测率分别为87.5%和73.4%,术后梗塞局部心肌灌注恢复的阳性与阴性预测率分别为80.3%和84.6%。

37、Tillisch等比较了冠状动脉再通术前18F-FDG摄取与手术后的恢复关系,结果为对心肌梗塞区存活心肌判断的阳性预测率为85%,阴性预测率为92%。Could等对1000多例心脏病患者用PET进行PTCA、血管搭桥术、心脏用药方面的监测取得了肯定的效果。Camici等对冠心病患者运动时18F-FDG摄取变化进行分析,发现运动诱导的血流灌注减低区的18F-FDG摄取明显增加,从而更准确的提示心肌缺血的病变部位。近年来应用82Rb或13NPET测定CFR(冠状动脉血流储备引起学者的广泛兴趣,了解血管狭窄对心肌灌注储备的影响。Demer等发现,在中度冠状动脉病变,冠脉狭窄血流储备< 3的患者

38、PET的阳性率为94%,而201TISPECT显像为72%,狭窄血流储备在34之间的轻度患者,PET检出率为49%,而201TI为0,表明PET对于检出轻度冠状动脉病变的灵敏度明显高于其它影像检查。PET证实,如有明显的18F-FDG摄取而未作冠状动脉再通术的冠心病患者,其中50%一年内可能出现心肌梗塞。此外,应用11C-PA(软脂酸代谢显像,可对缺血性与扩张性心肌病鉴别。前者示11C-PA弥漫性不均匀摄取,后者则呈均匀性心肌摄取减低,从而可对梗塞心肌定位和定量。六、其它方面目前在许多医学领域正在探索PET的广泛应用。例如:儿童发育、组织存活、损伤修复、脏器移植、生理病理学研究、新药的设计开发

39、、体内的药代动力学观察和在分子水平上研究药物作用机制以及药物依赖(成瘾性疾病等方面都具有重要价值。再如,应用PET研究烧伤、外伤及冻伤后肢体处理,提供存活组织信息,可进一步提高临床对活组织及器官移植的存活率,为临床急救和肢体移植争取时机。90年代开始,PET进入临床。当前PET技术已渐臻成熟完善,但也有其不足:组建PET中心耗资较大,与之配套的回旋加速器价格昂贵,应用技术复杂等。但人们从高科技、全面效益权重,医学界对其科学价值和应用前景已取得广泛共识,90年代美国列PET于十大医学高科技榜首,日本则将其编入“人类新领域研究计划项目”之一。有科学家预言: FDG是世纪分子,21世纪将是分子医学世

40、纪。目前提高影像医学技术水平,必须大力开发和应用分子水平的高科技影像设备PET的潜能。迎接新世纪,我国核医学应用的PET 时代已经到来。PET的意义及技术发展前景。PET(正电子发射计算机断层扫描是一种核医学领域最先进的临床检查影像技术,是目前唯一的用解剖形态反方式进行功能、代谢和受体显像的技术,具有无创伤性的特点,它能为全身提供三维的和功能运作的图像。正电子发射计算机断层扫描既是医学也是研究的工具,它以其能显示脏器或组织的代谢活性及手提的功能与分布而在肿瘤学临床医学影像和癌扩散的研究方面受到广泛重视,也称之为“活体生化显像”传统的医学影像技术现实的是疾病引起的解剖和结构变化,而PET显示的是

41、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,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现实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、诊断具有无与伦比的优势;此外,PET还能进行三维立体动态及全身显像,可发现其他检查所不能发现的问题,防止了“一叶障目,不见泰山“,弥补了传统医学影像的不足。PET可以测试血流量,使用氧气和葡萄糖的代谢,这有助于医生确定正常运作的器官和组织的异常等重要职能。扫描也可以用来估计病人的治疗计

42、划的成效,是狐狸过程中如有必要可以进行调整。PET和其他一些影像学检查如CT扫描或核磁共振成像(MRI之间的主要区别之一是, PET扫描揭示了细胞水平的代谢器官或组织发生的变化。这是重要而独特的,因为疾病的进程往往与功能的变化开始在细胞水平上。PET通常可以检测到这些非常早期的变化,而在CT或MRI检测下则变化不大,后来由于疾病开始引起气管或组织结构的变化,则可以在CT或MRI下观测到。与SPECT(单光子发射计算机断层成像技术不同的是PET 不需要利用铅准直器对射线的来源进行定位,而是利用两个相对应得探测器对淹没辐射的一对光电子作符合测定。最常用的排成一圈的多晶体探头。每个晶体的视角包括环对

43、面的多个晶体,根据哪一个晶体与该晶体产生的符合计数就可以确定该探索的投射部位。所以它具有更好的灵敏度和分辨率,其灵敏度交SPECT高10100倍,其化学精度已经达到pmol数量级,分辨率可达4mm,可检出1cm大小的病灶,图像明显较SPECT清晰。PET的本底也较低。断层显像速度较快,每次断层12分钟或更快。PET获得的原始数据时一系列由探测器获得,由正字与电子湮灭产生的一对光子的并发事件。每个并发事件背后,有一个正电子逸出,从而引发一个湮灭事件,在空间同时射出背向的两个光子并被捕捉到。并发事件重组成投影图像,成为sinograms。Sinograms被多角度和方向排列后构成3维图像。普通的一

44、次PET扫描,数量达到几百万个事例,相对于电脑断层扫描(CT则可以达到几十亿个事例。由此可见,PET数据遭遇的散射和偶发事件(即背景事件比率远比CT多。PET 扫描是非侵入性的,但是会暴露在放射性同位素下。放射总量很少,通常在7个毫单位Sv左右。与之相比,在英国平均每年环境辐射达到2.2 mSv, 胸部X光辐射0.02 mSv ,CT胸部辐射8 mSv,空中乘务人员每年接受辐射2-6 mSv,而在康沃尔郡每年环境辐射达到7.8 mSv 。(数据来源,英国国家辐射保护协会.然而,在临床应用领域,PET一般与CT同时运用,介于PET对软组织成像的优势结合成熟的CT 技术,PET/CT是现在商业PE

45、T的主要形式,市面上几乎没有独立的医用PET销售。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。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

46、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-刀治疗,收到很好的治疗效果。(三、PET-CT能鉴别心肌是否存

47、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

48、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

49、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

50、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

51、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

52、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!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

53、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