PET/CT(Positron Emission Tomography/Computer Tomography)全称是正电子发射计算机断层显像仪。世界上第一台PET/CT是Townsend等首先研制成功的[1], 该原型机于1998年8月首先安装于美国匹兹堡大学, 我国第一台PET/CT(GE DiscoveryLs)于2002年引进并投入临床应用, 拒不完全统计至2006年底我国安装并运行PET/CT约43台。
1 PET/CT的介绍 1.1 PET/CT的功能特点PET/CT扫描系统并不是一个全新的影像诊断系统。它包括一台PET扫描仪, 一台CT扫描仪和将二种扫描图像进行连接和共同处理的计算机软件操作平台。但PET/CT不是简单的结合, 它实现了分子影像和解剖影像的同机融合。其优势在于通过将两种成像系统各自优势结合的方法, 互补了PET和CT单独使用时各自存在的不足, 提高了诊断的特异性和准确性, 这也符合临床影像学诊断的四定(即定性, 定位, 定期和定量)的逻辑思维。PET/CT诊断的准确性优于PET与CT的视觉融合。PET部分是PET/CT的最主要的部分, 而探头是PET的最关键部位, 探头是由晶体组成的。PET是用无机晶体记录由示踪剂发射的正电子湮灭所产生的γ射线, 其主要是利用医用回旋加速器生产的短半衰期正电子放射性核素示踪剂(如11C, 13N, 15O, 18F)通过化学合成后注入人体。由于碳、氮、氧均为正常人体组织中的基本元素, 易于标记各种生命必需的化合物及其代谢产物, 而不会改变它们的生物活性, 所以这些核素的标记物如18F葡萄糖、11C胆碱等均可参加人体的生理、生化代谢过程, 其空间分布状况能准确的反映人体和器官的代谢功能状况的空间信息。PET显像装置绕人体旋转, 多角度采集信息, 经储存, 影像重建从而获得人体各部位的横断, 冠状断面和矢状断面图像, 但由于PET设备本身物理特性的限制, 因此图像分辨率较低, 解剖定位不够准确。
CT是建立在X射线成像的基础上, 依据各组织吸收X射线的程度不一样, 采用结构解剖显像来诊断疾病。然而解剖显像有明显的限制, 它通常可清晰, 准确地检测到病灶的大小和位置, 但确定病灶内组织的活性。CT在PET/CT中有三种基本功能:①能采用低辐射剂量技术进行局部和全身CT扫描, 对检查部位的病灶进行准确定位。②采用X射线对PET图像进行衰减校正以提高PET图像的质量。③CT的应用可以避免FDG摄取阴性肿瘤的漏检。
1.2 PET/CT检查应用的显像剂正电子放射性核素如11C、13N和18F均为缺中子富质子的放射性核素, 衰变时发射出一个正电子, 正电子的射程仅1 ~ 2个mm即发生湮灭辐射(annihilation radiation), 失去电子质量, 转变成两个能量为511keV, 方向相反的γ光子, PET以探测两个方向相反的能量511 keVγ光子来进行显像, 将人体代谢所必需的物质(如葡萄糖, 蛋白质, 核酸等)标记上半衰期很短的核素(18F、11C、13N等)制成显像剂注入人体内进行扫描, 目前PET/CT检查常用的示踪剂有18F-FDG(氟-18代脱氧葡萄糖)和11C-胆碱, 18F-FDG属于葡萄糖代谢类显像剂, 适用于多数肿瘤, 脑和心肌的显像, 是目前最成熟, 应用最广泛的PET/CT显像剂, 虽然18F-FDG在炎症等非肿瘤组织中有非特异摄取, 造成诊断上的假阳性, 但在PET/CT检查中应用的最为广泛, 有世纪分子之称。11C-胆碱属于磷脂类显像剂, 与18F-FDG相比, 膀胱尿液不显影, 在前列腺癌的早期诊断中有很大优势。
1.3 PET/CT检查程序首先详细了解患者的有关检查情况, 确认患者是否适合进行PET/CT检查, 患者需禁食4h以上, 对于血糖水平的控制, 应根据不同的检查目的掌握相应的标准, 并合理利用胰岛素进行调节, 这是18F-FDG显像成败的关键之一, 其次给药后将患者置于安静舒适的环境中休息, 避免不必要的生理摄取, 40 -60min后嘱患者排空尿液进行数据采集, 先进行CT扫描, 后进行PET扫描, 最后对CT图像和PET图像进行衰减校正图像融合。
2 PET/CT的临床应用 2.1 在肿瘤方面的应用Beyer[2]等应用原型机对110例不同肿瘤患者进行PET/CT扫描, 结果显示PET与CT的融合图像对肿瘤的诊断, 分期及治疗反映的评价具有重要价值, 证实了PET/CT的可行性及临床应用潜力。近年来, PET/CT在肿瘤方面的应用发展较为迅速, 在肿瘤诊断、分期和再分期及疗效检测等方面当属此类设备的最高工艺水平(State of the art)[3, 4], 肿瘤是PET/CT检查最主要的适用证, 第52界美国核医学年会上, Johns Hopkins医院报道肿瘤占其临床应用的88%, Nguye等认为“真正的”全身显像范围应该从颅顶到脚底, 他们对300例确诊或怀疑肿瘤的患者进行了真正的18F-FDGPET/CT全身显像(true whole body, TWB), 结果81%的软组织转移病灶在既往显像方案视野之外, 影响肺癌手术后生存的最主要的因素不是肺癌的局部复发, 而是远处转移, 远处转移可能早在术前就已发生, 只是应用常规的检测方法未能发现, PET/CT是诊断肺癌远处转移灵敏而特异的手段, 多年来, 放疗的定位一直采用CT, 由于肿瘤生长过程出现的代谢变化早于解剖学形态的异常, PET/CT能够更好地显示肿瘤的部位, 精确区分肿瘤的边缘和肿瘤外的正常组织, 有助于制定放射治疗计划, 以提高对肿瘤靶目标的照射, 尽可能降低对正常组织的辐射损害。Kim[5]等报道在非小细胞肺癌(NSCLC)术前PET/CT对纵膈结节的分期有很高的特异性和较高的阳性预测值, 尽管敏感性低。Gear hart等[6]对37位直肠癌患者分别做不同的检查结果显示, 18F-FDGPET/CT显像能提供额外的分期信息, 适合患者的分期治疗。卵巢癌是妇科较常见的恶性肿瘤, 死亡率居妇科恶性肿瘤之首, 由于妇科肿瘤早期缺乏典型的临床表现, 多数卵巢癌患者就诊时已属晚期, PET/CT为卵巢癌诊断提供了新的检测手段, Thrall[7]等报道PET/CT对卵巢癌的复发和定位诊断有很大的帮助。PET/CT在恶性肿瘤的定性和分期方面有良好的临床应用前景。
2.2 在心血管系统疾病中的应用主要用于冠心病的诊断和检测, 心肌存活率测定, 引导导管介入手术治疗前后的检测等, 应用18F-FDGPET显像观察心肌代谢是冠心病诊断的金标准, 对冠状动脉达桥术的筛选也具有不可估量的作用。Dunphy等[8]报道PET/CT检查显示动脉粥样硬化和动脉代谢活跃很少交错发生, 这代表了动脉粥样硬化进展的不同的阶段。
2.3 神经系统疾病中的应用主要应用脑血管疾病的研究, 不仅对早期急性脑梗塞诊断起重要作用, 也对神经生理学机理研究提供了有价值的信息, PET显像多用来研究脑缺血和梗塞时的一些参数, 包括:①局部脑血流, ②局部脑氧代谢率, ③局部脑氧摄取分数, ④局部脑血流容积等。CT显像主要给予准确定位。PET/CT可以对癫痫患者的, 对精神疾病和心理障碍进行评估, 进行肿瘤的氨基酸代谢成像等。
2.4 在其他方面的应用Meller等[9]报道在不明原因的诊断中18F-FDGPET/CT显像有可能代替其他的显像技术。
3 PET/CT检查中的辐射防护PET/CT检查属于临床核医学, 是医用辐射的一种, 近年来, PET/CT迅速发展, 在疾病的诊断方面发挥了重要作用, 另一方面如何趋利避害, 尽可能避免和减少医用辐射可能产生的潜在危害则日益引起社会各界普遍关注, 医用辐射防护也应该受到重视。放射防护的主要目的是为人类提供一个适宜的防护标准而不致过分地限制产生辐射照射的有益的实践, 安晶刚[10]报道在PET/CT机房防护方面, 由于带源患者对剂量率的贡献不大, 所以主要考虑CT的防护, 国际放射防护委员会(ICRP)依照射对象不同所区分的三类照射[8] (即职业照射, 医疗照射和公众照射)防护在PET/CT防护中全都涉及到了, 针对这三类不同照射应具体运用ICRP防护体系的相应原则。工作人员所受的辐射属于职业照射, 在PET/CT中心工作的人员包括操作PET/CT设备和读片的医生, 分装放射性核素及注射核素的人员, 有的医院还包括运输核素的人员; 在PET/CT检查中医疗照射限于的患者和受检者以及知情并愿意在诊断中帮助扶持患者的家属所受的照射; 公众照射包括职业照射及医疗照射以外的所以其他照射, 天然源的照射是公众照射组分中最的大的一项, 但不包括在内, PET/CT检查的公众照射是指带源患者和受检者对外界人员的照射.职业照射的剂量限值是20mSv/a, 公众照射的剂量限值是1Sv/a[11]。Ben jamin[12]等报道了在常规PET检查中放射性核素18F-FDG对技术人员的辐射剂量, 采用TLD测量剂量的方法, 全身的剂量是(3.2 ±2.1) μSv/d, 右手指的剂量是(204.9 ±24.0)μSv/d。职业照射和公众照射也属于外照射, 外照射的防护措施有时间防护、距离防护和屏蔽防护, PET/CT是高档的医疗诊断设备, 其屏蔽防护都合格, 对于工作人员和公众需注意的是时间防护和距离防护, 工作人员按国家规定应该在胸前佩戴个人剂量剂, 定期检测。
受检者与患者所受医疗照射的特殊性在于他们直接从医疗照射中获得医疗利益, 故其利益与代价的权衡比较特别, 医疗照射易偏向医疗目的而忽视防护最优化, 因此医疗照射的防护尤需加强, 医疗照射的防护只能遵循实践的正当性和防护的最优化原则, 个人剂量限值不适用于医疗照射。PET/CT检查中受检者和患者所受医疗照射的特殊性在于既有放射性核素18F-FDG形成的内照射又有CT检查中X射线的外照射, 18F -FDG的有效剂量通过给药活度、剂量系数和组织权重因子算出, 用于PET/CT透射校正CT管电流一般选择80 ~ 140mA, 低剂量CT的剂量当量明显提高, Vogel等[13]报道PET/CT检查因CT衰减校正而增加的剂量当量一般为10mSv, WU等[14, 15]报道快速CT(CTTMHS, 80, 08)的透射校正全身剂量当量为8.81mSv而高质量CT剂量当量为18.97mSv, 采用低剂量CT扫描对PET图像的衰减校正没有明显的影响, Gunnar[16]等对四家医院的患者所受辐射剂量的研究, 得出结论, CT所致的辐射剂量对患者的剂量负担占很大的比重, 特别是高质量CT的衰减校正中, 18F-FDG所致的剂量当量可以忽略不计, 一次全身的PET/ CT检查患者的剂量当量23.7 ~ 26.4mSv, 因此患者的辐射剂量应引起足够的重视, 随著螺旋CT采集速度的加快以及相应低剂量扫描软件的应用, PET/CT检查的辐射剂量有可能尽一步减少。另一方面照射18F-FDG的患者和受检者作为放射源, 形成了一个活动的辐射场, 对其他人员造成了辐射, 为了防止对其他人员造成不必要的辐射, 应该对这类受检者采取一点的措施, 比如:设立单独的病房, 其辐射剂量降到一定程度再出院等, 国内外目前还未见这方面的报道。
4 PET/CT检查的应用前景及存在的不足随着PET/CT设备硬件和软件的不断完善, 新的正电子放射性显像剂应用于临床, PET/CT必将会在临床上发挥更大、更多和更重要的作用, 近几年, 科学家们研制出一种氧化正硅酸镥(LSO)晶体, 它具有很低水平的天然放射性, 但其计数率和注射的显像剂的一般计数率水平相比, 仅占极小一部分, 所以对PET影像甚小, LSO晶体的主要优势是快速扫描, LSOPET/ CT的全身扫描仅需7 ~ 15min, 而BGO PET/CT扫描约需30min, LSOPET/CT的快速扫描特别适合于危重患者和儿童患者等不适合于长时间检查的人。如今我们生活在四维空间世界, 核医学影像也进入四维时代, 第25界美国核医学年会上, Wagner展望今后正电子示踪剂的研制将继续占据优势, 11C等将不断增加, 30a后, 每一家大型医院都将会拥有一台回旋加速器, 拥有一台PET/CT设备。
PET/CT检查目前存在的不足, 伪影是指在扫描或信息处理过程中产生的某些异常的影像, 于病变本身无关, 但降低图像的质量, 防碍疾病的分析。产生伪影的原因:①运动所致的伪影, 由于PET和CT采集信息并不是同步的, 患者的活动导致PET和CT的图像不匹配, 不过, 这种伪影较易识别。②呼吸运动所致的伪影是导致PET和CT图像位置不匹配的主要原因, 目前研究认为, 正常呼气末的吸气控制呼吸模式是减少呼吸伪影的有效方法, 不过对于不配合的患者或重病患者这种呼吸模式的应用有困难, 建议采用有限制的吸气[17], Nehmeh等[18]报道采用深吸气呼吸控制可以有效降低呼吸运动伪影, Osman MM等[19]报道, 呼吸运动伪影虽然常见, 但易于识别, 一般不会影像临床诊断。③胃肠道运动伪影。④CT衰减校正的伪影。随着技术的进步, 这方面的影响会进一步得到改善; 辐射防护方面, 有报道PET/CT检查中患者的辐射剂量偏高, 其中CT造成的剂量负担较大, 放射性核素的辐射剂量可以忽略, 因此应该研究改进CT的应用, PET/CT检查中负责分装和注射显像剂的工作人员, 国外有报道他们所在的医院没有超过规定的剂量, 国内还未见有这方面的报道。至于受检者和患者作为辐射源对外界造成的辐射, 国内外均未查阅到有关的报道。因此PET/CT检查中的辐射防护应该得到加强研究。
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