正電子發(fā)射計算機斷層成像儀的結(jié)構(gòu)與原理

正電子發(fā)射計算機斷層成像儀的結(jié)構(gòu)與原理
I 目I 言
2 PET的組成和工作原理 正電子發(fā)射計算機斷層成像儀(Positron emission tomography， 簡稱P ET)是核醫(yī)學(xué) 領(lǐng)域最先進(jìn)的設(shè)備， 代表了當(dāng)前核醫(yī)學(xué)影像 的最高水平， 是醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究和臨床影像 診斷最有效的方法和裝置之一。眾所周知， 常用的x線和MRI圖像在疾病狀態(tài)的解剖結(jié) 構(gòu)方面提供了．有價值的診斷信息。但它們不 能顯示與新陳代謝有關(guān)的組織細(xì)胞內(nèi)部的生 理和生他改變。而P ET就是從人體分子學(xué)水 平來檢測和識別在疾病狀態(tài)下先于組織器官 結(jié)構(gòu)變化而發(fā)生的代謝改變的一種現(xiàn)代影像 技術(shù)。

盡管早在二十年前就有人提出了PET 設(shè)想，但直到近幾年來PET技術(shù)才真正成熟 并從試驗研究進(jìn)入臨床應(yīng)用。由于圖像測試 設(shè)備的改良， 把自動示蹤、圖像采集處理和 分析集為一體，又由于rET所得到的生物代 謝影像信息早于x線CT和MRI的解剖診斷 信息，所以這就推動了PET的迅速發(fā)展并成 為許多臨床疑難病癥的最后診斷手段。P ET 檢查無創(chuàng)份又非常安全， 故使用者和患者極 易接受。

由于PET設(shè)備精良復(fù)雜， 價格昂貴，日 前主要集于美、歐、日等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)。 根據(jù)不完全統(tǒng)計， 截止1 993年度，全世界已 有近200臺的PET設(shè)備， 北美洲(美國、加拿 大)約有近百臺， 歐洲j0臺左右， 日本3O臺， 澳大利亞和其它地區(qū)近lO臺(臺灣、南韓 南 非和沙特阿拉伯等)。據(jù)最新消息透露，我國 也正準(zhǔn)備引進(jìn)P ET設(shè)備。為了對PET 的進(jìn) 一步了解，下面作一些介紹。

P ET技術(shù)要求很高。它包括棱物理、電 子學(xué)、放射化學(xué)、數(shù)學(xué)及電子計算機等， 所 以要有高素質(zhì)的工作人員來操作處理、維修 和保養(yǎng)。PET系統(tǒng)一般是由PET主機(成像 部分) 加速器或發(fā)生器(示蹤劑生產(chǎn)部分) 和藥物自動合成裝置三大部分組成。P ET主 機包括機架、操作臺和檢查床。
(1)機架；機 架是P ET最大的一部分， 它包括探鍘器、準(zhǔn) 直器 透射源、傾斜驅(qū)動器和前置電子線路 等。正電子湮滅輻射和符合原理： 正負(fù)電子 在物質(zhì)中損失能量的方式是相同的。負(fù)電子 在能量快耗盡時， 就停留在物質(zhì)中， 成為自 由電子。而正電子則在它的能量與周圍物質(zhì) 達(dá)到熱平衡時， 很快與一個負(fù)電子相遇而發(fā) 生結(jié)合，轉(zhuǎn)化為兩個51i keV的y光子，稱為正 電子湮滅輻射。湮滅輻射時產(chǎn)生的光子反向 射出， 通常為180。， 正電子衰變的這一物 理特性是P ET能非常精確地判定衰變位置 的基礎(chǔ)。符合探測是指， 在眾多的正電子湮 滅輻射時， 一對 光子基本上同時被對應(yīng)的 探測器接受， 其時間差極小，通過符合電路， 選擇記錄潦于同一時間的兩個r事件信號，其 連線就代表正電子湮滅時的一維空間位置稱 為符合， 多條符合線可用于判定湮滅事件的 二維空間位置， 用于重建圖像， 這種方式稱 符合探測，這主要由PET專門的符合電路來 完成。探測器。由若干個組成環(huán)形的探測器 組成。每個探鍘器都有晶體和光電倍增管組 成。正電子湮滅輻射產(chǎn)生的垤 被晶體吸收 后發(fā)射出可見光(稱閃爍事件)，光電倍增管 將可見光刊進(jìn)光陰極后產(chǎn)生一個小的陽極電 流(脈沖信號)送到前置電子線路。準(zhǔn)直器： 用于避免 野之外的射線撞擊精體所產(chǎn)生的 嗓音效應(yīng)。內(nèi)設(shè)有兩種屏蔽， 一種是在探溯 器兩端的鉛屏蔽， 主要是避免視野外射線對 整個探測器的散射。另一種是在每個環(huán)之間 的鎢中隔， 它主要是避免本環(huán)平面之外的射 線干擾。透射源(又稱棒源) 是一個正電子 發(fā)射核素(如 Ge)固體源。因為各晶體受正 電子發(fā)射源照射時， 響應(yīng)曲線有差異以及光 電倍增管增益和轉(zhuǎn)換效率的差異， 故用此源 對PET進(jìn)行校正和獲得發(fā)射數(shù)據(jù)的衰減校 正值， 此過程叫透射掃描。傾斜驅(qū)動器： 主 要用于控制探鍘器環(huán)的角度， 以達(dá)到理想的 檢測位置。前置電子線路： 是將光電倍增管 輸送的電脈沖信號進(jìn)行若干處理。它主要進(jìn) 行信號的定位、甄別和傳進(jìn)。信號進(jìn)一步進(jìn) 到PET特有的符臺電路，通過時間窗排除非 相關(guān)的射線。除此之外， 還有記錄原始數(shù)據(jù) 的正弦波分類器以及重建處理系統(tǒng)。重建需 要進(jìn)行包括由于機械的和物理因素引起的誤 差而進(jìn)行數(shù)據(jù)校正的前處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖像 反投射。
(2)操作臺； 這部分主要是鍵盤操 作， 將操作者與P ET系統(tǒng)溝通。它包括所有 掃描數(shù)據(jù)的輸人、圖像重建， 圖像和原始數(shù) 據(jù)的照相存檔及各種數(shù)據(jù)處理等。
(3)檢查 床； 是給患者擺位的支架，應(yīng)放在視野中心， 還必須穩(wěn)固， 舒適易操作， 能準(zhǔn)確地上、下、 內(nèi)、外移動， 且患者上下床方便。 以上都是PET主機的主要構(gòu)件組成和 原理。至于PET所有性能包括很廣，主要有 計數(shù)率， 分辨率、靈敏度、：3D性能、數(shù)據(jù)傳 輸顯示、多用軟件及開發(fā)， 還包括各種操作 穩(wěn)當(dāng)方便。但根據(jù)PET專家介紹，PET的 靈敏度和計數(shù)率特性最為重要。目前主要是 采用發(fā)射方式探測， 隨著醫(yī)學(xué)和腫瘤學(xué)的發(fā) 展， 有可能采用發(fā)射和穿透列時探測， 既可 節(jié)省時間， 義可增加清晰度。一臺好的PET 要想發(fā)揮其最佳效能， 除了正確操作外， 還 必須做到儀器的高質(zhì)量控制。有關(guān)質(zhì)控問題 另篇報導(dǎo)。

3 示蹤劑 PET所探測到的信息是由于引人體內(nèi) ’ 的示蹤劑所發(fā)射的 射線。所以示蹤劑不僅 要有較好的物理特性外， 還必須有較好的生 物化學(xué)特性 P E,T所用示蹤劑是正電子發(fā)射 體，一般原子序數(shù)低，是人體內(nèi)固有元素的 闊位素， 可取代正常生物物質(zhì)分子中的相應(yīng) 原子參與體內(nèi)代謝。譬如說， 要想知道體內(nèi) 葡萄糖的分布， 代謝途徑和速率， 就得將葡 萄糖分子和放射性示劑標(biāo)記在一起。目前最 常用的是 F一脫氧葡萄糖(1aF—FDG)。 PET示蹤劑的半衰期很短，從1．3min 到1 10min，選樣短的半衰期給示蹤劑的配制 和運輸帶來很多不便， 且檢查操作要準(zhǔn)確快 速。當(dāng)前示蹤劑的生產(chǎn)來源有兩種， 一種是 加速器生產(chǎn)， 另一種是發(fā)生器生產(chǎn)。加速器 生產(chǎn)種類多， 更適臺多種需要， 而發(fā)生器生 產(chǎn)示蹤劑非常局限。壘套PET系統(tǒng)應(yīng)該包括 加速器， 但由于種種原因， 目前世界各地醫(yī) 學(xué)院校也未必是壘套購置， 部分醫(yī)院也是從 院外購買示蹤劑。除以上所說“F外， 還有 G，”N， ”O(jiān)和 Rb等多種示蹤劑。多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量儀| 光度計| 電壓計| 電流計|

4 藥物臺成裝置 示蹤劑要通過標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)系統(tǒng)的處理以 。 達(dá)到可用的化學(xué)形式。有些標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)產(chǎn)品在 通過質(zhì)控檢測后可直接施于患者 而另一些 目 必須進(jìn)一步臺成更復(fù)雜的示蹤劑后方可施 于患者 除此外，還必須建立一套實驗室裝 備來分析和配藥。

5 檢測程序 檢測程序主要是根據(jù)檢測目的而設(shè)計 的， 可進(jìn)行靜態(tài)， 動態(tài)和門電路三種不同采 集方式。一般先是對位、透射掃描， 然后給 藥， 采集、重建、拍照、發(fā)報告。它既可得 到動態(tài)時像， 又可得到靜態(tài)解剖圖像， 還可 得到功能性圖像及數(shù)據(jù)(如心功能、腫瘤葡 萄糖代謝等)。
綜上所述， PET成像設(shè)備精良，成本 高， 技術(shù)要求嚴(yán)格， 信號轉(zhuǎn)換途徑多， 成像 復(fù)雜， 但由于配套計算機的先進(jìn)程序， 使大 部復(fù)雜過程成為自動化過程。