PET/MR顯像儀的原理及臨床應(yīng)用

楊明方，胡羅健，鄧士杰

解放軍第163醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科，湖南長沙 410003

PET/MR顯像儀的原理及臨床應(yīng)用

楊明方，胡羅健，鄧士杰

解放軍第163醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科，湖南長沙 410003

本文介紹了正電子發(fā)射計算機斷層（PET）基本原理及其與MRI的融合技術(shù)及特點，并綜過了目前開展的臨床應(yīng)用及研究。

PET；MRI；圖像融合；臨床應(yīng)用

正電子發(fā)射計算機斷層掃描（Positron Emission Tomography，PET）經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展，已取得了長足的進(jìn)步，它是利用示蹤原理和正電子符合探測技術(shù)，在組織細(xì)胞、亞細(xì)胞、分子水平顯示人體組織器官的功能改變、細(xì)胞代謝、分子結(jié)合與信息傳遞等生物學(xué)特征和生化代謝過程[1]。PET顯像儀與CT或MR組合，克服了自身圖像解剖結(jié)構(gòu)不清晰的缺陷，能理精確地提供被掃描組織或器官的解剖結(jié)構(gòu)及功能數(shù)據(jù)，從而得出最有效的治療方案。

1 PET基本原理

目前，國內(nèi)絕大多數(shù)PET使用18F-脫氧葡萄糖（18F-FDG）作為示蹤劑，18F-FDG是葡萄糖類似物，靜脈注射18F-FDG后，在葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的幫助下通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，并在己糖激酶作用下磷酸化，形成不能進(jìn)一步代謝的物質(zhì)，且滯留在細(xì)胞內(nèi)數(shù)小時。在核素衰變過程中，正電子從原子核內(nèi)放出后很快與自由電子碰撞湮滅，轉(zhuǎn)化成一對方向相反，能量為511KeV的γ光子。如果在這對光子飛行方向上對置一對探測器，便可以幾乎在同時接收到這兩個光子，并可推定正電子發(fā)射點在兩個探測器之間的連線上。如果環(huán)繞360°排列多組配對探測器，便可以得到多對探測器連線上的一維信息，將這些信號向中心點反投影，便可得到某個斷層面示蹤劑分布圖像。實際應(yīng)用中，常采用多層排列的配對探測器，便于探測并重建多層面圖像。

2 PET/MR工作原理及特點

PET圖像揭示人體內(nèi)部的分子代謝活動，但是圖像解剖結(jié)構(gòu)不清楚。而MR（特別是高分辨的MR）可清晰顯示人體組織的解剖結(jié)構(gòu)，當(dāng)PET圖像與MR圖像進(jìn)行融合后，可以從根本上解決PET圖像顯示解剖結(jié)構(gòu)不清楚的缺陷，將檢測部位的生化信息、功能信息和解剖結(jié)構(gòu)信息同時顯示在一張圖像上對比診斷，大大提升了PET顯像的臨床應(yīng)用效果。

PET/MR顯像儀解決的主要臨床問題是PET/CT的有害放射損傷，并提供高質(zhì)量的分子影像圖像，以及與組織分子結(jié)構(gòu)、分子代謝和功能代謝相關(guān)的圖像，如T1、T2、DWI（彌散成像）和正電子發(fā)射圖像。

MR與CT比較，主要有以下特點[2]：

（1）MR不產(chǎn)生射線輻射，病人檢查安全性好；

（2）MR不必注射可能對腎臟有損害的碘化造影劑；

（3）MR有更好的軟組織顯像，因此，在神經(jīng)、骨骼肌肉、心臟和腫瘤診斷中有一定優(yōu)勢；

（4）MR還具有具技術(shù)功能，如血管造影，功能MR、彌散和灌注顯像等。

3 PET/MR圖像融合技術(shù)

目前，PET與MR的圖像融合大多數(shù)是通過融合軟件將PET與MR獨立產(chǎn)生的兩種圖像注冊、配準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)字化融合。用此方法需小心控制兩種裝置掃描人體時的體位，且易受人體內(nèi)部器官移位、圖像時間不一致、配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性較差等因素的影響[3]。據(jù)報道[4]，近年來西門子醫(yī)療推出了“全球首臺MR PET”——實現(xiàn)同步采集的全身分子影像MR系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)“共同編碼的準(zhǔn)確性，沒有功能相關(guān)性，沒有運動校正，雙倍的采集時間”，是一臺具備PET內(nèi)核的全身MR成像系統(tǒng)。PET/MR一體機出現(xiàn)后，其應(yīng)用范圍將更優(yōu)于目前的軟件融合，除腫瘤性疾病外，在神經(jīng)病學(xué)研究、腦枉死和新興的干細(xì)胞治療的研究中也有很大潛力。MR與PET一體機將是未來的發(fā)展方向。

4 PET/MR的臨床應(yīng)用

4.1 全身腫瘤的診斷

由于大多數(shù)腫瘤具有高代謝的特征，故PET對腫瘤的診斷具有較高的靈敏性、特異性及準(zhǔn)確性。代謝顯像是早期診斷惡性腫瘤的最靈敏的方法之一[5]。

4.1.1 腫瘤早期診斷及分期

腫瘤組織中普遍存在著細(xì)胞快速增生、細(xì)胞膜葡萄糖載體增多和細(xì)胞內(nèi)磷酸化酶的活性增高等生物學(xué)特征，使得腫瘤內(nèi)的糖醇解代謝明顯增加。使用18F-FDG作為示蹤劑，它可以進(jìn)入人體幾乎所有類型的腫瘤內(nèi)代謝顯像，一般說來，腫瘤惡性程度越高，18F-FDG攝取越明顯，利用這個特點，不僅可以早期發(fā)現(xiàn)和確定惡性腫瘤原發(fā)灶的部位、大小、范圍，還可以評估腫瘤的惡性程度及分期[6]。

4.1.2 療效評估與監(jiān)測

腫瘤惡性程度與其代謝活性成正比，治療是否有效要看腫瘤代謝活性有無降低以及降低的程度[7]。在腫瘤的放、化療過程中，腫瘤細(xì)胞代謝活性的降低遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于腫瘤本身體積的縮小，因此，PET/MR對于放、化早期療效評定具有絕對的優(yōu)勢。

4.1.3 幫助指導(dǎo)活檢、放療以及腫瘤手術(shù)定位

臨床中常有一些疑難病例需要通過穿刺活檢明確診斷，或者是明確腫瘤的實際區(qū)域大小進(jìn)行放療，通過PET/MR檢查可選擇FDG攝取高的區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的處理，可提高活檢效率和放療效果。

在腫瘤外科手術(shù)中，PET/MR可以提供明確的腫瘤定位以及有無遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移等，對手術(shù)治療有極大的幫助。

4.2 神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷

4.2.1 癲癇

癲癇是一組以神經(jīng)元異常放電所致的發(fā)作性腦功能障礙為特征的臨床綜合征，同時伴有腦血流、代謝及神經(jīng)遞質(zhì)等一系列生理生化改變，發(fā)作間期腦局部18F-FDG代謝減低，發(fā)作期代謝增高，PET/MR顯像儀能靈敏地探測到功能性癲癇病灶，為下一步治療該病提供了可能。

4.2.2 腦血管性疾病

PET/MR可對腦缺血性疾病進(jìn)行早期診斷，其通過腦血流灌注和腦血容量測定反映腦血流和血腦屏障的破壞情況，并檢測腦血流的通透性。

4.2.3 腦損傷后腦代謝狀況評估

PET/MR對腦損傷不但有特異性，可檢出一般影像檢查易漏診的小血腫，而且對腦損傷后（如植物人）進(jìn)行腦代謝狀況評估，判斷是否有腦死亡，對治療及喚醒意義重大。

4.2.4 吸毒成癮評估及戒毒治療

近年來吸毒成癮被認(rèn)為是一種慢性腦病，PET/MR對吸毒成癮者進(jìn)行腦部掃描，可從分子學(xué)水平觀測腦內(nèi)細(xì)胞代謝情況并進(jìn)行定位。戒斷期無皮質(zhì)及核團異常放射性濃聚病灶；而在渴求期，腦內(nèi)的異常放射性濃聚部位表示高代謝狀態(tài)，如杏仁核、前額葉皮質(zhì)、伏隔核等部位的高興奮狀態(tài)可以確定腦內(nèi)的藥物獎賞中樞。理論上，將該藥物獎賞中樞進(jìn)行手術(shù)或放療使其興奮性降低，可以達(dá)到治療目的。

4.2.5 癡呆

癡呆是一種以慢性、獲得性、進(jìn)行性智能損害為特點的神經(jīng)變性疾病，神經(jīng)病理檢查證實，大部分癡呆的基礎(chǔ)是神經(jīng)元的丟失或神經(jīng)纖維的改變[6]。而腦功能所需能量的98%以上由葡萄糖供應(yīng)，所以，18F-FDG PET/MR顯像對癡呆的異常改變相當(dāng)敏感。

4.3 心血管系統(tǒng)疾病的診斷

4.3.1 冠心病的診斷

相對于傳統(tǒng)的“金標(biāo)準(zhǔn)”冠狀動脈造影技術(shù)而言，PET心肌顯像診斷冠狀動脈病變是無創(chuàng)性的，具有很高靈敏度和特異性[8]。臨床常把13N-NH3作為心肌血流顯像劑，心肌對其攝取快，排泄遲，血漿清除率較快可得到對比度和圖像質(zhì)量較高的圖像[9]。臨床常用“心臟藥物負(fù)荷實驗＋靜息心肌灌注法”來診斷冠心病。眾多研究結(jié)果顯示[10]，PET在探測冠心病方面比SPECT更加靈敏。

4.3.2 心肌存活性評估

18F標(biāo)記的脫氧葡萄糖主要反映心肌的脂肪酸葡萄糖代謝，心肌PET灌注-代謝顯像是目前評估心肌存活最可靠的方法，被用作比較其他檢測心肌活力方法的“金標(biāo)準(zhǔn)”[11]。心肌在缺血缺氧的條件下，對葡萄糖的利用增加，以維持心肌細(xì)胞的基本代謝需要，因此，代謝活動存在標(biāo)志心肌存活；此外，一定量的血流是代謝得以維持的基礎(chǔ)，因此反映心肌血流的灌注顯像也可以間接反應(yīng)心肌活力[8]，診斷心肌是否存活對進(jìn)一步治療心肌梗死十分關(guān)鍵。

4.4 高端的健康體檢

目前，隨著生活水平的不斷提高，人們也開始越來越關(guān)注自己的身體健康狀況。人們總是希望有一種設(shè)備，能夠低輻射，無創(chuàng)地提供盡可能多的人體健康信息，PET/MR以其獨特的優(yōu)勢，正在引起人們的廣泛關(guān)注，盡管目前其檢查費用相對比較高，但還是有越來越多的人加入它的應(yīng)用行列。

[1] 朱虹,羅嵐.PET/CT正電子成像新技術(shù)[J].中國醫(yī)療器械信息,2009,15(9):10-13．

[2] 王輝.PET/MRI的進(jìn)展[J].中國醫(yī)療器械信息,2009,15(9):9,70.

[3] 胡峻.PET/CT圖像融合技術(shù)及其臨床應(yīng)用[J].醫(yī)療裝備,2005,19(3):26-27.

[4] 陳香,趙軍,趙晉華.PET-MRI:值得期待的分子影像未來[J].國際放射醫(yī)學(xué)核醫(yī)學(xué)雜志,2008,32(7):196-201.

[5] 張祖進(jìn),李輝,郭召平,等.PET/CT的技術(shù)性能及臨床應(yīng)用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備, 2007,28(10):59-62.

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[8] 王蜀燕,曾建華,張雪林.PET在冠心病方面的應(yīng)用[J].放射學(xué)實踐,2002,17(3):208-210.

[9] 張光明,朱匯慶.冠心病無創(chuàng)性檢查的研究進(jìn)展[J].中國醫(yī)學(xué)計算機成像雜志,2010,16(6):544-547.

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[11] 朱海云,王莉,田建明,等.MRI檢測活性心肌及其與冠狀動脈造影、SPECT和PET對比研究[J].中國醫(yī)學(xué)影像技

Principle and Application of PET/MRI Apparatus

YANG Ming-fang, HU Luo-jian,DENG Shi-jie
Medical Imaging Department, The 163rd Hospital of PLA., Changsha Hunan 410003, China

Introduce the physical principle of PET and the technologies and characteristics of the modality of MRI and PET's images, summarize the applications and studies in clinia at present.

PET; MRI; imagy modality; the clinic application

R817；R814.42

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.01.026

1674-1633(2012)01-0080-02

2011-07-20

作者郵箱：csymf@sohu.com