正电子发射型计算机断层显像-PET

PETPET的基本原理历史PET成像设备正电子成像的物理基础PET的结构几个重要的性能参数PET的历史上世纪20年代物理学家就从理论上推断有带正电荷的正电子存在20世纪30年代开始对放射性核素的物理、化学性能进行了深入研究，发现了它们在生物学和医学领域的应用价值1953年Dr.Brownell和Dr.Sweet就已研制了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，可进行断层面显像1976年由Dr.Phelps和Dr.Hoffman设计，由ORTEC公司组装生产了第一台用于临床的商品化的PET20世纪80年代更多公司投入了PET研制，岛津（Shimadzu,1980）、CTI公司（1983）、西门子公司（Siemens，1986）通用电气公司（GE，1989）、日立公司（Hitachi，1989）和ADAC公司（1989）POSITRONPET系统已日趋成熟，许多新技术用于PET产品，如：采用了BGO和LSO晶体的探测器、引用了数字化正电子符合技术、切割晶体的探测器模块等，使PET系统的分辨率小于4mm。90年代中期，在发达国家PET已成为重要的影像学诊断工具PET的演变1964年环状头部PET2001年GEDISCOVERY－LSPET简介PET（正电子发射断层扫描技术,PositronEmissionTomography)是继CT技术出现以来的又一种脑功能成像断层技术,它首先向被试的体内注射一定的放射性物质，然后再通过断层扫描技术测量脑的各个部位的放射量来测量各个部位对葡萄糖的利用和局部的血流量，从而推测不同脑区的活动情况。PET技术的发展和成熟使我们能够安全准确地对正常人做某一心理活动的脑的部位进行定位和监视。功能影像与解剖影像功能影像–反映患者体内的功能代谢–与CT、MRI相比分辨率较差(~4-5mm或更坏)–核医学领域:NM/SPECT,PET–其他领域：(MRS,fMRI),MEG(MSI),...解剖影像–反映患者解剖结构–通常可获得高分辨率影响(1mm或更高）–X线/CT,MRI,超声功能影像与解剖影像患者A脑部MR：报告正常患者A脑部CT：报告正常功能影像与解剖影像监控测量懒人参试者大脑中多巴胺的活动的脑部正电子发射断层扫描（PET）图临床意义传统的医学影像技术显示的是疾病引起的解剖和结构变化，而PET显示的则是人体的功能变化。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，这些改变往往要早于解剖结构的改变；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显示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、诊断具有优势；此外，PET还能进行三维立体动态及全身显像，可发现其它检查所不能发现的问题，防止了“—叶障目，不见泰山”，弥补了传统医学影像的不足。PET影像的设备回旋加速器放化标记设备PET影像系统正电子核素制备正电子示踪剂制备PET影像获取PET的物理基础正电子放射性核素通常为富质子的核素,它们衰变时会发射正电子。原子核中的质子释放正电子和中微子并衰变为中子：正电子的质量与电子相等，电量与电子的电量相同，只是符号相反。通常正电子（β＋）衰变都发生于人工放射性核素。正电子湮灭•正电子湮灭前在人体组织内行进1-3mm•湮灭作用产生:–能量（光子是511KeV）–动量•同时产生互成180度的511keV的伽玛光子。PET的数据采集•正电子湮灭作用产生的湮灭γ光子同时击中探测器环上对称位置上的两个探测器。•每个探测器接收到γ光子后产生一个定时脉冲，这些定时脉冲分别输入符合线路进行符合甄别，挑选真符合事件•符合线路设置了一个时间常数很小的时间窗（通常≤15ns），同时落入时间窗的定时脉冲被认为是同一个正电子湮灭事件中产生的γ光子对，从而被符合电路记录。时间窗排除了很多散射光子的进入。符合探测技术能在符合电路的时间分辨范围内，检测同时发生的放射性事件。利用符合探测技术可以进行正电子放射性核素示踪成像。使用符合探测技术，起到电子准直作用，大大减少随机符合事件和本底的同时提高了探测灵敏度。符合探测原理符合脉冲处理器探测器1探测器2脉冲处理器PET显像的特点由于C、N、O是人体组成的基本元素，而F的生理行为类似于H，故应用11C、13N、15O、18F等正电子核素标记人体的生理物质如糖、氨基酸和脂肪，可在不影响内环境平衡的生理条件下，获得某一正常组织或病灶的放射性分布(形态显示)、放射性标记药物浓集速率、局部葡萄糖氨基酸和脂肪代谢、血流灌注、受体的亲和常数、氧利用率以及其他许多活体生理参数等，藉此显示的形态和功能参数，以研究和诊断人体内的病理生理异常与疾病，它较之传统的解剖结构现象更深入更全面，可更早期地发现病变。PET显像的特点应用光子准直和符合探测技术，提供了很好的空间定位，大大提高了探测灵敏度。其灵敏度比MRI高，比SPECT高10-100倍；改善了分辨率(可达4mm)，可检出1cm大小的病灶，图象清晰，诊断准确率高。能从一定体积的组织快速获得35(或更多)层面的断层图象(CT、MRI均无法办到)，且可获得全身各方向的断层图象，使临床医生能一目了然地看到疾病全身状况，它对肿瘤转移和复发的诊断尤为有利。PET显像的特点由于它采用两个互成180度角的探测器进行探测，以及γ子光能量高，不易吸收，故湮没辐射的位置深度对测量结果无明显影响，并可以得到极正确的衰减校正，它可用实测数和经衰减校正后的真实数进行三维分布的“绝对”定量分析(精度±10％)，远优于SPECT。正电子核素为超短半衰期核素，适合于快速动态研究。PET用途1.脑(1)研究生理刺激对脑的效应通过听觉触觉视觉等刺激观察脑区代谢率的变化可以得到正常人活体脑功能的定位图(2)研究各种病理状态下脑的代谢变化在许多脑病变初期X-CT结构图往往显示正常而实际上脑组织可能已有广泛的生理生化改变PET图像不仅能定出脑病理灶的位置及范围还可以早期判断脑细胞的存活情况PET用途2.心脏PET可对心肌的泵血功能血流及代谢同时进行研究心血管疾病多起始于细胞或代谢水平目前的一般诊断方法等到确诊往往已经失去了治疗的机会PET的应用将能于可治阶段早期发现疾病。PET用途3.肝脏肝脏由于体积较厚病变又是阴性显像(病变处的放射性减弱或缺损)因此普通g照相机对于较小的肝病变不易发现。PET可以做多方向断层容易发现病变而且还可测量肝脏的体积。PET用途4.胰腺胰腺疾病的诊断在临床上比较困难尤其是癌病人常无症状PET的解剖分辨率虽然不如X-CT但功能的改变总是早于形态的变化临床证明PET对胰腺病变诊断的准确率高于X-CT。PET用途5.肿瘤有人用观察肿瘤的血流和代谢变化，如用测量局部血流发现肿瘤组织比正常组织代谢快而坏死组织的血流量明显低还有人用18F-DG研究脑胶质瘤的病理分级发现肿瘤分级高的代谢率高而分级低的代谢低肿瘤周围组织的代谢则受抑制这种方法可用于研究肿瘤生长的变化早期诊断肿瘤有无复发。13N15O152CO