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正子断层照影本文重定向自 正电子发射计算机断层扫描

(重定向自正子斷層掃瞄)
正电子发射计算机断层扫描
ICD-10-PCS英语ICD-10 Procedure Coding SystemC?3
ICD-9-CM92.0-92.1
MeSHD049268
OPS-301英语OPS-3013-74
典型的正电子发射计算机断层扫描(PET)设备图片
侦测器模块和PET探头的示意图(此处为西门子ECAT Exact HR+)
PET数据采集流程示意图
典型的最大强度投影(MIP) 18F-FDG全身PET影像截取

正电子发射计算机断层扫描(英语:Positron emission tomography,简称PET)是一种核医学临床检查的成像技术。PET技术是目前唯一的用解剖形态方式进行功能、代谢和受体显像的技术,具有无创伤性的特点并能提供全身三维和功能运作的图像。正电子发射计算机断层扫描既是医学也是研究的工具。在肿瘤学临床医学影像和癌扩散方面的研究方面有着大量的应用。

准备工作

进行扫描前,人们使用半衰期较短的放射性示踪剂同位素(或称为显影剂,如氟化脱氧葡萄糖,其放射性同位素为氟-18,常用于肿瘤成像),其衰变过程会放射出正电子,将其通过化学反应置换到生物体容易代谢的分子里,然后把它注射入生物体内(通常进入血液循环)。人们需要等待一段时间,使该分子进入生物体的代谢系统中(常用的氟化脱氧葡萄糖,糖类的一种,一般等待时间在一个小时左右)并集中于需确认的器官,然后将实验对象或患者安置在影像扫描仪上。

扫描器

当注射到人体内的放射性同位素经历正电子放射衰变时(又称为正电子的β衰变),它释放出一个正电子(即一个电子相对应的反粒子),在经历了几个毫米的旅行后,正电子将会与生物体中的一个电子遭遇并产生电子对湮灭,产生一对湮灭光子射向几乎背对背的两个方向。当它们遇到侦测器中的闪烁晶体物质时,会造成一点光亮,而被光敏感的光电倍增管雪崩光电二极管所探测到。此种技术依靠对于一对光子的并发事件(同时事例)探测,非同时发生抵达侦测器(即相差几个纳秒以上的时间)的光子将被视为背景事件而不考虑在其中。

影像重建

PET扫描器获得的原始数据是一系列由探测器获得,由正子与电子湮灭产生的一对光子的并发事件。每个并发事件背后,有一个正电子逸出,从而引发一个湮灭事件,在空间中同时射出背向的两个光子并被捕捉到。

并发事件重组成投影图像,成为sinograms。sinograms被多角度和方向排列组合后,构成3维图像。普通的一次PET扫描,数据量达到几百万个事例,而相对于电脑断层扫描(CT)则可以达到几十亿个事例。由此可见,PET数据遭遇的散射和偶发事件(即背景事件)比率远比CT为多。

事实上,人们需要非常多地对数据进行预处理,校正由随机并发造成的影响,估计并去除散射的光子,探测头不工作期(dead-time、每次探测到一个光子之后,探测头需要一个短暂的恢复时间)的校正,及探测器敏感性校正(为探测头内在敏感性及由于并发事件发生的角度产生的敏感性)。

安全考虑

PET扫描是非侵入性的,但是会暴露在放射性同位素下。放射总量很少,通常在7个毫单位西弗(Sv)左右。与之相比,在英国平均每年环境辐射达到2.2 mSv,胸部X光辐射0.02 mSv,CT胸部辐射8 mSv,空中乘务人员每年接受辐射2-6 mSv,而在康沃尔郡每年环境辐射达到7.8 mSv。(数据来源,英国国家辐射保护协会)。然而,在临床应用领域,PET一般与CT同时运用,介于PET对软组织成像的优势结合成熟的CT技术,PET/CT是现在商业PET的主要形式,市面上几乎没有独立的医用PET销售。

应用

PET可用于肿瘤学诊断。在进行这种检查前,会先为受试者注射显影剂氟化脱氧葡萄糖18F-FDG)。氟化脱氧葡萄糖是一种葡萄糖的类似物。相比普通的葡萄糖分子,氟化脱氧葡萄糖的一个羟基基团被放射性同位素氟-18取代,因此具有放射性,会持续向外放出正电子。因为二碳位上的羟基被氟原子取代,氟化脱氧葡萄糖进入细胞被磷酸化后,不能被进一步代谢;又因带有电荷,也不能通过细胞膜上的通道蛋白运出细胞。因此,一旦氟化脱氧葡萄糖进入细胞,在氟-18衰变前,较长时间内都会以磷酸化形式留在细胞内。癌细胞对葡萄糖的消耗量较高,因此,如果受试者体内存在癌细胞,在注射氟化脱氧葡萄糖后,癌细胞会摄入相对多的氟化脱氧葡萄糖。由此,利用PET检测出信号强(放射性强)的部位就可能存在癌细胞。根据得到的检测结果,就可以达成对恶性肿瘤的诊断。

注释

  1. ^ Bailey, D.L; D.W. Townsend; P.E. Valk; M.N. Maisey. Positron-Emission Tomography: Basic Sciences. Secaucus, NJ: Springer-Verlag. 2005. ISBN 1-85233-798-2.
  2. ^ Zaucha, Jan Maciej; Chauvie, Stephane; Zaucha, Renata; Biggii, Alberto; Gallamini, Andrea. The role of PET/CT in the modern treatment of Hodgkin lymphoma. Cancer Treatment Reviews. July 2019, 77: 44–56. doi:10.1016/j.ctrv.2019.06.002 (英语).
  3. ^ McCarten, Kathleen M.; Nadel, Helen R.; Shulkin, Barry L.; Cho, Steve Y. Imaging for diagnosis, staging and response assessment of Hodgkin lymphoma and non-Hodgkin lymphoma. Pediatric Radiology. October 2019, 49 (11): 1545–1564. ISSN 0301-0449. doi:10.1007/s00247-019-04529-8 (英语).

参见

外部链接



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