PET成像原理、模式和PET圖像分析參數(shù)

主要內(nèi)容PET成像原理和使用的正電子藥物PET掃描模式（靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、門(mén)控和全身）PET圖像閱讀和分析參數(shù)從PET、PET/CT到PET/MR發(fā)展小結(jié)PET成像原理和使用的正電子藥物PET中心設(shè)備醫(yī)用回旋加速器Cyclotron化學(xué)合成系統(tǒng)ChemistrysystemPET掃描儀藥物中心TraceCenter放射活度的單位和測(cè)量TraditionalUnitAbbreviationDecaysperSecond1CurieCi3.7x10101MillicuriemCi3.7x1071MicorcuriemCi3.7x104TraditionalUnitAbbreviationDecaysperSecondConversion1BecquerelBq12.70

x10-11Ci1Mega-becquerelMBq106370MBq=10mCi活度計(jì)Gamma射線與電磁波區(qū)別PET=0.511MeV/MicroWorlds/ALSTool/EMSpec/EMSpec2.html

PET成像的原理和結(jié)構(gòu)正電子的歷史

1928年Dirac從理論上提出正電子存在

1932年Anderson試驗(yàn)證實(shí)正電子存在1934年ErnestLawrence發(fā)明離子加速器，人工生產(chǎn)核素CarlDavidAndersonPaulAdrienMauriceDiracErnestLawrencePET成像的原理和結(jié)構(gòu)PET的歷史

1953年Dr.Brownell等研制用于腦正電子顯像的PET顯像儀

60年代末出現(xiàn)了第一代商品化PET掃描儀1976年由Dr.Phelps和Dr.Hoffman設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了第一臺(tái)用于臨床PET20世紀(jì)80年代更多公司投入了PET研制：通用電氣公司、CTI公司、西門(mén)子公司、島津、日立公司、和POSITRON2001年P(guān)ET/CT誕生，2011年一體化PET/MR誕生PET成像基礎(chǔ)正負(fù)電子湮滅輻射過(guò)程nb+b-~1-3mm511keV511keV正電子運(yùn)動(dòng)速度CherenkovRadiationNNNPPPPPNNPNe+PET成像原理和基礎(chǔ)

正電子湮滅

NNNPPPPPNNPNe-e-e+511keV511keVe+E=mc2Positronrange(~1to3mm)PositronAnnihilation(正電子湮滅過(guò)程)

PET成像原理和基礎(chǔ)正電子湮滅

探測(cè)器單元Block光電倍增管探測(cè)器模塊ModulePET探頭環(huán)Ring晶體PET性能與晶體、光電倍增管、探頭結(jié)構(gòu)、后續(xù)電路、重建技術(shù)密切相關(guān)PET基本結(jié)構(gòu)

示意圖PET基本結(jié)構(gòu)

晶體和PMT實(shí)物光電倍增管晶體PET探測(cè)器增益概念GainPET探測(cè)器中的晶體光之衰減

cm-1阻截分?jǐn)?shù)光輸出余暉時(shí)間t密度kg/m3BGO0.9240%153007.1LYSO0.8630%75407.1LaBr30.4713%160165.1NaI0.3417%1002303.7Dx幾種晶體物理性能比較固態(tài)光電轉(zhuǎn)換器（SolidStatePhotomultiplier，SSPM)(SiliconPhotomultiplier，SiPM）傳統(tǒng)的光電培增管（photomultiplierstube,PMT）PET探測(cè)器使用光電轉(zhuǎn)化器種類(lèi)雪崩二極管(AvalanchePhotoDiode，APD)

一體化MRI/PET的PET

必須選擇SiPMPMT（第一代光電轉(zhuǎn)換器）APD（第二代）SiPM（第三代）使用經(jīng)驗(yàn)>60年20年10年P(guān)ET使用經(jīng)驗(yàn)>40年>10年>4年增益和信噪比106102106PETTOF

分辨率500ps1.6mm-2mm250ps<1mm磁場(chǎng)兼容性0.5T9.4T15.6TMRRFMRS0.1T-2.0T-9.0T+MR/PET同步--+PET成像過(guò)程符合探測(cè)技術(shù)電子線路電子電路符合處理組建投影圖像重建AND符合時(shí)間coincidencetime符合探測(cè)表模式采集技術(shù)ListmodelPET探測(cè)器符合探測(cè)示意圖Coincidencedetection

time4.9nsecprompt用符合時(shí)間窗限制散射、隨機(jī)的射線PET設(shè)備系統(tǒng)性能參數(shù)NEMA均勻度靈敏度線性能量分辨率511Kev時(shí)間分辨率TOF散射分?jǐn)?shù)美國(guó)電氣制造者協(xié)會(huì)（NationalElectricalManufacturesAssociation,NEMA）NEMA

PET

NEMANU-21994,NEMANU-22012PET

NEMANU-4SPECT

NEMANU-1PET設(shè)備衰減校正系統(tǒng)NACCTAC光子在體內(nèi)衰減exp(-mL)=exp(-mA)*exp(-mB)

單獨(dú)的PETPET衰減(511keV)放射性同位素源進(jìn)行穿透從PET圖像衰減校正未作衰減校正衰減校正沒(méi)有進(jìn)行衰減校正的PET圖像是沒(méi)有臨床價(jià)值PET圖像重建迭代重建濾波反投影-FBP迭代圖像重建-OSEMOSEM+PSF（點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)）采集/掃描必須是全視野PET2Dvs3D掃描方式2DPET3DPET僅僅接受垂直方向計(jì)數(shù)低、散射分?jǐn)?shù)低接受一定范圍內(nèi)計(jì)數(shù)高、散射分?jǐn)?shù)高eventisoff-centerTOFPET技術(shù)成像原理=時(shí)間光速國(guó)內(nèi)允許使用的正電子藥物醫(yī)療機(jī)構(gòu)制備正電子類(lèi)放射性藥品（附件1），應(yīng)當(dāng)持有衛(wèi)生行政主管部門(mén)的PET-CT或PET設(shè)備配置與使用許可證明文件，并須填寫(xiě)《醫(yī)療機(jī)構(gòu)制備正電子類(lèi)放射性藥品申請(qǐng)表》，經(jīng)所在地省、自治區(qū)、直轄市衛(wèi)生行政主管部門(mén)審核同意，向省、自治區(qū)、直轄市藥品監(jiān)督管理部門(mén)提出制備正電子類(lèi)放射性藥品申請(qǐng)并報(bào)送有關(guān)資料。

附件1醫(yī)療機(jī)構(gòu)制備正電子類(lèi)放射性藥品品種氟-[18F]脫氧葡糖（18F-FDG）；

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

氧-[15O]水（15O-H2O）；

碳-[11C]乙酸鹽（11C-Aceate）；

碳-[11C]一氧化碳(11C-CO)；

碳-[11C]蛋氨酸(11C-Methionine)；

碳-[11C]膽堿(11C-Choline)；

碳-[11C]氟馬西尼（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]甲基哌啶螺環(huán)酮（11C-NMSP）；

碳-[11C]二氧化碳(11C-CO)。

從2005年3月1日開(kāi)始執(zhí)行。18F-FDG成像原理中文名-2-[18F]氟-2-脫氧-D-葡萄糖英文名-2-[18F]fluoro-2-deoxy-D-glucose分子式：C6H11FO5PET掃描流程F-18到FDG合成注射FDG到病人腫瘤組織細(xì)胞攝取FDGFDGPET全身掃描原始數(shù)據(jù)重建圖像顯示－單獨(dú)+融合患者準(zhǔn)備注射后休息室掃描設(shè)備閱片處理PET掃描流程和注意事項(xiàng)禁食>6小時(shí)血糖濃度靜止休息>30分鐘安靜休息不要看電視不要聽(tīng)音樂(lè)更換衣服金屬異物

以工作站為基礎(chǔ)PET機(jī)房設(shè)計(jì)注意患者檢查流程操作室報(bào)告室正電子藥物準(zhǔn)備室

藥物注射室病人等候室熱室病人廁所注射FDG后休息室與患者或家屬交流室患者進(jìn)入PET掃描模式（動(dòng)態(tài)、靜態(tài)、門(mén)控和全身）PET常規(guī)掃描模式多床位靜態(tài)掃描－Static單床位動(dòng)態(tài)掃描－Dynamic門(mén)控掃描－Gated全身掃描圖像

腫瘤分期PET圖像分析方法（動(dòng)態(tài)、靜態(tài)、門(mén)控和全身）PET臨床應(yīng)用的兩套標(biāo)準(zhǔn)診斷和分期的標(biāo)準(zhǔn)定性和半定量療效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)精確定量WahletalJNM502009PET圖像分析方法定性診斷：Y/N

靶臟器（目標(biāo)）對(duì)藥物的攝取-YES或NO（轉(zhuǎn)移灶）半定量診斷：SUV（腫瘤）、攝取率（甲狀腺）、T/B定量研究：

Patlak分析

血流量、代謝率(MRglu,MRFDG)、TLG

受體密度和親和力等藥代動(dòng)力學(xué)研究:藥物在靶組織分布、攝取、代謝定量參數(shù)藥物分布-K1、K2、K3；競(jìng)爭(zhēng)性抑制試驗(yàn)靜態(tài)掃描PET圖像分析相對(duì)值A(chǔ)symmetryindex(AI)FDGPET全身掃描全身掃描靜態(tài)掃描圖像分析方法:-FDG在全身分布（60分鐘）-病灶對(duì)FDG攝取(SUV),T/B(肝臟）-延遲顯像（120分鐘）,SUV%PETSUVSUVmax,mean,peakSULmax,mean,peak標(biāo)準(zhǔn)化攝取值（standardizeduptakevalue，SUV)掃描時(shí)間對(duì)FDGPET圖像影響臨床PET/CT特點(diǎn)：?jiǎn)螘r(shí)間點(diǎn)采集、半定量指標(biāo)SUV掃描時(shí)間對(duì)FDGPET圖像影響FDGPET圖像分析常見(jiàn)問(wèn)題SUV值是否可信？更為實(shí)用的方法-肝臟肝臟參考方法FDGPET圖像評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)FDGPET掃描前注意事項(xiàng)PET臨床規(guī)范化-影響SUV結(jié)果因素-攝取時(shí)間影響-15%-呼吸運(yùn)動(dòng)引起誤差-30%-血糖水平影響-5%-其它因素-5%兩次重復(fù)SUV50%-對(duì)于療效評(píng)價(jià)需要嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)因素：-活度儀與井型校正誤差-10%-注射器殘留劑量-5%-注射事件引起的誤差-10%-注射技術(shù)引起誤差-50%生物學(xué)因素：物理因素：-PET設(shè)備校正和探測(cè)效率-30%-CT校正-5%-PET圖像衰減校正-30%-掃描參數(shù)引起的誤差-15%-重建參數(shù)引起的誤差-30%-造影劑引起的誤差-10%-ROI勾畫(huà)誤差-50% 10%10%10%5%5%5% 30% 30% 30% 30% 50% 50%5%10%15%PET動(dòng)態(tài)圖像處理動(dòng)態(tài)掃描圖像分析方法:-葡萄糖代謝率（metabolicrateofglucose,MRGlc)-藥代動(dòng)力學(xué)K1,K2,K3,K4,Ki-受體定量分析PET動(dòng)態(tài)掃描類(lèi)型Baseline5/032cycleschemo6/034cycleschemo7/03[18F]flutemetamol[18F]FDG短間隔動(dòng)態(tài)掃描長(zhǎng)間隔動(dòng)態(tài)掃描PET圖像分析時(shí)間放射性曲線timeArterialbloodtimeMyocardiumtimeBraintimeLiver腫瘤組織時(shí)間放射性曲線PET動(dòng)態(tài)圖像處理葡萄糖代謝率Cglu:血漿葡萄糖濃度（mg/dl)LC(LumpedConstant,LC):集總常數(shù)動(dòng)力學(xué)方法放射自顯影方法繪圖方法PET動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析Gjedde-Patlakplot門(mén)控PET技術(shù)門(mén)控掃描PET：MotionFree心臟功能計(jì)算呼吸運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量影響呼吸運(yùn)動(dòng)-香蕉狀偽影PET-CT不匹配-AC不準(zhǔn)確從PET到PET/CT、一體化PET/MR從PET到PET/CT-PET的變化

快速準(zhǔn)確PET特異性藥物+CT解剖結(jié)構(gòu)從PET到PET/CT-PET的變化

快速準(zhǔn)確30mintrans.image0.5secondCTimagePET:Ge68AC慢速、無(wú)融合影像PET/CT:CTAC快速、有運(yùn)動(dòng)偽影PETdetector10minPETimageCTACmapTCTACmapCTAC技術(shù)應(yīng)用從PET到PET/CTPET的變化CT發(fā)揮作用固有（內(nèi)在）標(biāo)志配準(zhǔn)融合衰減校正PET未進(jìn)行校正圖像PET校正后圖像CT圖像信息在PET/CT中發(fā)揮的作用：

衰減校正(最重要)、定位(次要)、融合(次要)PET/CT設(shè)備CTAC水/空氣水骨骼骨骼/水空氣FDG正電子藥物在臨床診斷的局限性腫瘤腦腫瘤甲狀腺癌肺支氣管肺泡癌原發(fā)性肝細(xì)胞肝癌胃癌印戒細(xì)胞癌腎臟透明細(xì)胞癌前列腺癌脂肪肉瘤子宮平滑肌瘤肺轉(zhuǎn)移多發(fā)性骨髓瘤骨骼轉(zhuǎn)移瘤對(duì)于分化差、生長(zhǎng)快、轉(zhuǎn)移灶等診斷意義更有價(jià)值對(duì)于分化好、生長(zhǎng)慢、原發(fā)灶等需要更好結(jié)合解剖圖像PET/CT中CT發(fā)揮的作用CT主要的作用是進(jìn)行衰減校正CT圖像可以用來(lái)客服FDGPET圖像的不足提供PET/CT融合圖像，提高臨床醫(yī)師診斷信心PET/CT的臨床應(yīng)用腫瘤、心臟、神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤方面早期診斷、鑒別診斷、分期治療方案選擇、療效評(píng)估指導(dǎo)放療靶區(qū)勾畫(huà)心臟冠心病診斷心肌存活性治理方案選擇、療效評(píng)估神經(jīng)系統(tǒng)癡呆、癲癇診斷各種受體疾病的研究腦功能研究PET/CT臨床應(yīng)用健康查體5%腫瘤療效評(píng)估10%原發(fā)灶鑒別診斷15%腫瘤臨床分期55%一體化同步掃描ToF-PET/MR技術(shù)SignaPET/MRMR平臺(tái)

靜音磁共振(ZTE)MR精準(zhǔn)定量技術(shù)PET探測(cè)器SiPM三代探測(cè)器首次實(shí)現(xiàn)TOF功能PET/MR精準(zhǔn)衰減校正真正同步掃描SIGNAPET/MR一體化帶ToF技術(shù)同步掃描PET/MRSIGNAPET/MR一體化帶ToF技術(shù)同步掃描PET/MRGE一體化ToF-PET/MR結(jié)構(gòu)PET探測(cè)器LBSSiPM數(shù)字化光電轉(zhuǎn)化器SiliconPhotomultiplier(SiPM)镥閃爍體Lutetiumbasedscintillator(LBS)SignaPET/MRPET探測(cè)器環(huán)PET探測(cè)器模塊PET探測(cè)器單元GE獨(dú)有專(zhuān)利技術(shù)設(shè)計(jì)的PET探測(cè)器與體線圈整合后視野：25.06厘米TOF-PET射線屏蔽RF屏蔽靜磁場(chǎng)屏蔽SiPM模塊屏蔽實(shí)物

SiPMPET探測(cè)器提高探測(cè)器靈敏度注射劑量是現(xiàn)有PET/MR的25%，掃描速度是現(xiàn)有PET/MR的4倍>21cps/kBq（非TOF靈敏度)7.013.2>21PET/CTPET/MRTOF-PET/MR從PET、PET/CT到PET/MRNEMA標(biāo)準(zhǔn)變化NEMANU-22004NEMANU-22007NEMANU-22012PET性能-單純PET-無(wú)TOF技術(shù)PET性能-單純PET-無(wú)TOF技術(shù)PET性能-TOF技術(shù)對(duì)PET性能提高-MRRF對(duì)PET性能影響TOF技術(shù)將PET空間分辨率提高一倍以上FWHM(mm)FBP（濾波反投影）TOF（不采用濾波）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(