PET-成像原理扫描模式和图像分析-课件

PET成像原理、模式和PET图像分析参数

主要内容PET成像原理和使用的正电子药物PET扫描模式（静态、动态、门控和全身）PET图像阅读和分析参数从PET、PET/CT到PET/MR发展小结PET成像原理和使用的正电子药物PET中心设备医用回旋加速器Cyclotron化学合成系统ChemistrysystemPET扫描仪药物中心TraceCenter放射活度的单位和测量TraditionalUnitAbbreviationDecaysperSecond1CurieCi3.7x10101MillicuriemCi3.7x1071MicorcuriemCi3.7x104TraditionalUnitAbbreviationDecaysperSecondConversion1BecquerelBq12.70

x10-11Ci1Mega-becquerelMBq106370MBq=10mCi活度计Gamma射线与电磁波区别PET=0.511MeV/MicroWorlds/ALSTool/EMSpec/EMSpec2.html

PET成像的原理和结构正电子的历史

1928年Dirac从理论上提出正电子存在

1932年Anderson试验证实正电子存在1934年ErnestLawrence发明离子加速器，人工生产核素CarlDavidAndersonPaulAdrienMauriceDiracErnestLawrencePET成像的原理和结构PET的历史

1953年Dr.Brownell等研制用于脑正电子显像的PET显像仪

60年代末出现了第一代商品化PET扫描仪1976年由Dr.Phelps和Dr.Hoffman设计并生产了第一台用于临床PET20世纪80年代更多公司投入了PET研制：通用电气公司、CTI公司、西门子公司、岛津、日立公司、和POSITRON2001年PET/CT诞生，2011年一体化PET/MR诞生PET成像基础正负电子湮灭辐射过程nb+b-~1-3mm511keV511keV正电子运动速度CherenkovRadiationNNNPPPPPNNPNe+PET成像原理和基础

正电子湮灭

NNNPPPPPNNPNe-e-e+511keV511keVe+E=mc2Positronrange(~1to3mm)PositronAnnihilation(正电子湮灭过程)

PET成像原理和基础正电子湮灭

探测器单元Block光电倍增管探测器模块ModulePET探头环Ring晶体PET性能与晶体、光电倍增管、探头结构、后续电路、重建技术密切相关PET基本结构

示意图PET基本结构

晶体和PMT实物光电倍增管晶体PET探测器增益概念GainPET探测器中的晶体光之衰减

cm-1阻截分数光输出余晖时间t密度kg/m3BGO0.9240%153007.1LYSO0.8630%75407.1LaBr30.4713%160165.1NaI0.3417%1002303.7Dx几种晶体物理性能比较固态光电转换器（SolidStatePhotomultiplier，SSPM)(SiliconPhotomultiplier，SiPM）传统的光电培增管（photomultiplierstube,PMT）PET探测器使用光电转化器种类雪崩二极管(AvalanchePhotoDiode，APD)

一体化MRI/PET的PET

必须选择SiPMPMT（第一代光电转换器）APD（第二代）SiPM（第三代）使用经验>60年20年10年PET使用经验>40年>10年>4年增益和信噪比106102106PETTOF

分辨率500ps1.6mm-2mm250ps<1mm磁场兼容性0.5T9.4T15.6TMRRFMRS0.1T-2.0T-9.0T+MR/PET同步--+PET成像过程符合探测技术电子线路电子电路符合处理组建投影图像重建AND符合时间coincidencetime符合探测表模式采集技术ListmodelPET探测器符合探测示意图Coincidencedetection

time4.9nsecprompt用符合时间窗限制散射、随机的射线PET设备系统性能参数NEMA均匀度灵敏度线性能量分辨率511Kev时间分辨率TOF散射分数美国电气制造者协会（NationalElectricalManufacturesAssociation,NEMA）NEMA

PET

NEMANU-21994,NEMANU-22012PET

NEMANU-4SPECT

NEMANU-1PET设备衰减校正系统NACCTAC光子在体内衰减exp(-mL)=exp(-mA)*exp(-mB)

单独的PETPET衰减(511keV)放射性同位素源进行穿透从PET图像衰减校正未作衰减校正衰减校正没有进行衰减校正的PET图像是没有临床价值PET图像重建迭代重建滤波反投影-FBP迭代图像重建-OSEMOSEM+PSF（点扩展函数）采集/扫描必须是全视野PET2Dvs3D扫描方式2DPET3DPET仅仅接受垂直方向计数低、散射分数低接受一定范围内计数高、散射分数高eventisoff-centerTOFPET技术成像原理=时间光速国内允许使用的正电子药物医疗机构制备正电子类放射性药品（附件1），应当持有卫生行政主管部门的PET-CT或PET设备配置与使用许可证明文件，并须填写《医疗机构制备正电子类放射性药品申请表》，经所在地省、自治区、直辖市卫生行政主管部门审核同意，向省、自治区、直辖市药品监督管理部门提出制备正电子类放射性药品申请并报送有关资料。

附件1医疗机构制备正电子类放射性药品品种氟-[18F]脱氧葡糖（18F-FDG）；

氟-[18F]氟化钠（18F离子）；氮-[13N]氨水(13N-NH4+)；

氧-[15O]水（15O-H2O）；

碳-[11C]乙酸盐（11C-Aceate）；

碳-[11C]一氧化碳(11C-CO)；

碳-[11C]蛋氨酸(11C-Methionine)；

碳-[11C]胆碱(11C-Choline)；

碳-[11C]氟马西尼（11C-FMZ）；

碳-[11C]雷氯必利（11C-Raclopride）；

碳-[11C]甲基2β-甲基酯（4-氟-苯基）托烷(11C-β-CFT)；

碳-[11C]甲基哌啶螺环酮（11C-NMSP）；

碳-[11C]二氧化碳(11C-CO)。

从2005年3月1日开始执行。18F-FDG成像原理中文名-2-[18F]氟-2-脱氧-D-葡萄糖英文名-2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose分子式：C6H11FO5PET扫描流程F-18到FDG合成注射FDG到病人肿瘤组织细胞摄取FDGFDGPET全身扫描原始数据重建图像显示－单独+融合患者准备注射后休息室扫描设备阅片处理PET扫描流程和注意事项禁食>6小时血糖浓度静止休息>30分钟安静休息不要看电视不要听音乐更换衣服金属异物

以工作站为基础PET机房设计注意患者检查流程操作室报告室正电子药物准备室

药物注射室病人等候室热室病人厕所注射FDG后休息室与患者或家属交流室患者进入PET扫描模式（动态、静态、门控和全身）PET常规扫描模式多床位静态扫描－Static单床位动态扫描－Dynamic门控扫描－Gated全身扫描图像

肿瘤分期PET图像分析方法（动态、静态、门控和全身）PET临床应用的两套标准诊断和分期的标准定性和半定量疗效评价标准精确定量WahletalJNM502009PET图像分析方法定性诊断：Y/N

靶脏器（目标）对药物的摄取-YES或NO（转移灶）半定量诊断：SUV（肿瘤）、摄取率（甲状腺）、T/B定量研究：

Patlak分析

血流量、代谢率(MRglu,MRFDG)、TLG

受体密度和亲和力等药代动力学研究:药物在靶组织分布、摄取、代谢定量参数药物分布-K1、K2、K3；竞争性抑制试验静态扫描PET图像分析相对值Asymmetryindex(AI)FDGPET全身扫描全身扫描静态扫描图像分析方法:-FDG在全身分布（60分钟）-病灶对FDG摄取(SUV),T/B(肝脏）-延迟显像（120分钟）,SUV%PETSUVSUVmax,mean,peakSULmax,mean,peak标准化摄取值（standardizeduptakevalue，SUV)扫描时间对FDGPET图像影响临床PET/CT特点：单时间点采集、半定量指标SUV扫描时间对FDGPET图像影响FDGPET图像分析常见问题SUV值是否可信？更为实用的方法-肝脏肝脏参考方法FDGPET图像评价标准FDGPET扫描前注意事项PET临床规范化-影响SUV结果因素-摄取时间影响-15%-呼吸运动引起误差-30%-血糖水平影响-5%-其它因素-5%两次重复SUV50%-对于疗效评价需要严格的标准技术因素：-活度仪与井型校正误差-10%-注射器残留剂量-5%-注射事件引起的误差-10%-注射技术引起误差-50%生物学因素：物理因素：-PET设备校正和探测效率-30%-CT校正-5%-PET图像衰减校正-30%-扫描参数引起的误差-15%-重建参数引起的误差-30%-造影剂引起的误差-10%-ROI勾画误差-50% 10%10%10%5%5%5% 30% 30% 30% 30% 50% 50%5%10%15%PET动态图像处理动态扫描图像分析方法:-葡萄糖代谢率（metabolicrateofglucose,MRGlc)-药代动力学K1,K2,K3,K4,Ki-受体定量分析PET动态扫描类型Baseline5/032cycleschemo6/034cycleschemo7/03[18F]flutemetamol[18F]FDG短间隔动态扫描长间隔动态扫描PET图像分析时间放射性曲线timeArterialbloodtimeMyocardiumtimeBraintimeLiver肿瘤组织时间放射性曲线PET动态图像处理葡萄糖代谢率Cglu:血浆葡萄糖浓度（mg/dl)LC(LumpedConstant,LC):集总常数动力学方法放射自显影方法绘图方法PET动态数据分析Gjedde-Patlakplot门控PET技术门控扫描PET：MotionFree心脏功能计算呼吸运动对图像质量影响呼吸运动-香蕉状伪影PET-CT不匹配-AC不准确从PET到PET/CT、一体化PET/MR从PET到PET/CT-PET的变化

快速准确PET特异性药物+CT解剖结构从PET到PET/CT-PET的变化

快速准确30mintrans.image0.5secondCTimagePET:Ge68AC慢速、无融合影像PET/CT:CTAC快速、有运动伪影PETdetector10minPETimageCTACmapTCTACmapCTAC技术应用从PET到PET/CTPET的变化CT发挥作用固有（内在）标志配准融合衰减校正PET未进行校正图像PET校正后图像CT图像信息在PET/CT中发挥的作用：

衰减校正(最重要)、定位(次要)、融合(次要)PET/CT设备CTAC水/空气水骨骼骨骼/水空气FDG正电子药物在临床诊断的局限性肿瘤脑肿瘤甲状腺癌肺支气管肺泡癌原发性肝细胞肝癌胃癌印戒细胞癌肾脏透明细胞癌前列腺癌脂肪肉瘤子宫平滑肌瘤肺转移多发性骨髓瘤骨骼转移瘤对于分化差、生长快、转移灶等诊断意义更有价值对于分化好、生长慢、原发灶等需要更好结合解剖图像PET/CT中CT发挥的作用CT主要的作用是进行衰减校正CT图像可以用来客服FDGPET图像的不足提供PET/CT融合图像，提高临床医师诊断信心PET/CT的临床应用肿瘤、心脏、神经系统肿瘤方面早期诊断、鉴别诊断、分期治疗方案选择、疗效评估指导放疗靶区勾画心脏冠心病诊断心肌存活性治理方案选择、疗效评估神经系统痴呆、癫痫诊断各种受体疾病的研究脑功能研究PET/CT临床应用健康查体5%肿瘤疗效评估10%原发灶鉴别诊断15%肿瘤临床分期55%一体化同步扫描ToF-PET/MR技术SignaPET/MRMR平台

静音磁共振(ZTE)MR精准定量技术PET探测器SiPM三代探测器首次实现TOF功能PET/MR精准衰减校正真正同步扫描SIGNAPET/MR一体化带ToF技术同步扫描PET/MRSIGNAPET/MR一体化带ToF技术同步扫描PET/MRGE一体化ToF-PET/MR结构PET探测器LBSSiPM数字化光电转化器SiliconPhotomultiplier(SiPM)镥闪烁体Lutetiumbasedscintillator(LBS)SignaPET/MRPET探测器环PET探测器模块PET探测器单元GE独有专利技术设计的PET探测器与体线圈整合后视野：25.06厘米TOF-PET射线屏蔽RF屏蔽静磁场屏蔽SiPM模块屏蔽实物

SiPMPET探测器提高探测器灵敏度注射剂量是现有PET/MR的25%，扫描速度是现有PET/MR的4倍>21cps/kBq（非TOF灵敏度)7.013.2>21PET/CTPET/MRTOF-PET/MR从PET、PET/CT到PET/MRNEMA标准变化NEMANU-22004NEMANU-22007NEMANU-22012PET性能-单纯PET-无TOF技术PET性能-单纯PET-无TOF技术PET性能-TOF技术对PET性能提高-MRRF对PET性能影响TOF技术将PET空间分辨率提高一倍以上FWHM(mm)FBP（滤波反投影）TOF（不采用滤波）MRIdleMRpulsingMRIdleMRpulsing1cmradial4.44(0.06)4.46(0.05)1.78(0.27)1.81(0.32)Tangential4.10(0.00)4.08(0.01)1.84(0.18)1.75(0.09)Axial5.34(0.46)5.35(0.43)3.55(0.61)3.54(0.62)10cmradial5.78(0.02)5.81(0.04)1.98(