正电子发射计算机断层成像仪的结构与原理

正电子发射计算机断层成像仪的结构与原理
I 目I 言
2 PET的组成和工作原理 正电子发射计算机断层成像仪(Positron emission tomography， 简称P ET)是核医学 领域最先进的设备， 代表了当前核医学影像 的最高水平， 是医学生物学研究和临床影像 诊断最有效的方法和装置之一。众所周知， 常用的x线和MRI图像在疾病状态的解剖结 构方面提供了．有价值的诊断信息。但它们不 能显示与新陈代谢有关的组织细胞内部的生 理和生他改变。而P ET就是从人体分子学水 平来检测和识别在疾病状态下先于组织器官 结构变化而发生的代谢改变的一种现代影像 技术。

尽管早在二十年前就有人提出了PET 设想，但直到近几年来PET技术才真正成熟 并从试验研究进入临床应用。由于图像测试 设备的改良， 把自动示踪、图像采集处理和 分析集为一体，又由于rET所得到的生物代 谢影像信息早于x线CT和MRI的解剖诊断 信息，所以这就推动了PET的迅速发展并成 为许多临床疑难病症的最后诊断手段。P ET 检查无创份又非常安全， 故使用者和患者极 易接受。

由于PET设备精良复杂， 价格昂贵，日 前主要集于美、欧、日等发达国家和地区。 根据不完全统计， 截止1 993年度，全世界已 有近200台的PET设备， 北美洲(美国、加拿 大)约有近百台， 欧洲j0台左右， 日本3O台， 澳大利亚和其它地区近lO台(台湾、南韩 南 非和沙特阿拉伯等)。据最新消息透露，我国 也正准备引进P ET设备。为了对PET 的进 一步了解，下面作一些介绍。

P ET技术要求很高。它包括棱物理、电 子学、放射化学、数学及电子计算机等， 所 以要有高素质的工作人员来操作处理、维修 和保养。PET系统一般是由PET主机(成像 部分) 加速器或发生器(示踪剂生产部分) 和药物自动合成装置三大部分组成。P ET主 机包括机架、操作台和检查床。
(1)机架；机 架是P ET最大的一部分， 它包括探铡器、准 直器 透射源、倾斜驱动器和前置电子线路 等。正电子湮灭辐射和符合原理： 正负电子 在物质中损失能量的方式是相同的。负电子 在能量快耗尽时， 就停留在物质中， 成为自 由电子。而正电子则在它的能量与周围物质 达到热平衡时， 很快与一个负电子相遇而发 生结合，转化为两个51i keV的y光子，称为正 电子湮灭辐射。湮灭辐射时产生的光子反向 射出， 通常为180。， 正电子衰变的这一物 理特性是P ET能非常精确地判定衰变位置 的基础。符合探测是指， 在众多的正电子湮 灭辐射时， 一对 光子基本上同时被对应的 探测器接受， 其时间差极小，通过符合电路， 选择记录潦于同一时间的两个r事件信号，其 连线就代表正电子湮灭时的一维空间位置称 为符合， 多条符合线可用于判定湮灭事件的 二维空间位置， 用于重建图像， 这种方式称 符合探测，这主要由PET专门的符合电路来 完成。探测器。由若干个组成环形的探测器 组成。每个探铡器都有晶体和光电倍增管组 成。正电子湮灭辐射产生的垤 被晶体吸收 后发射出可见光(称闪烁事件)，光电倍增管 将可见光刊进光阴极后产生一个小的阳极电 流(脉冲信号)送到前置电子线路。准直器： 用于避免 野之外的射线撞击精体所产生的 嗓音效应。内设有两种屏蔽， 一种是在探溯 器两端的铅屏蔽， 主要是避免视野外射线对 整个探测器的散射。另一种是在每个环之间 的钨中隔， 它主要是避免本环平面之外的射 线干扰。透射源(又称棒源) 是一个正电子 发射核素(如 Ge)固体源。因为各晶体受正 电子发射源照射时， 响应曲线有差异以及光 电倍增管增益和转换效率的差异， 故用此源 对PET进行校正和获得发射数据的衰减校 正值， 此过程叫透射扫描。倾斜驱动器： 主 要用于控制探铡器环的角度， 以达到理想的 检测位置。前置电子线路： 是将光电倍增管 输送的电脉冲信号进行若干处理。它主要进 行信号的定位、甄别和传进。信号进一步进 到PET特有的符台电路，通过时间窗排除非 相关的射线。除此之外， 还有记录原始数据 的正弦波分类器以及重建处理系统。重建需 要进行包括由于机械的和物理因素引起的误 差而进行数据校正的前处理和数据转换图像 反投射。
(2)操作台； 这部分主要是键盘操 作， 将操作者与P ET系统沟通。它包括所有 扫描数据的输人、图像重建， 图像和原始数 据的照相存档及各种数据处理等。
(3)检查 床； 是给患者摆位的支架，应放在视野中心， 还必须稳固， 舒适易操作， 能准确地上、下、 内、外移动， 且患者上下床方便。 以上都是PET主机的主要构件组成和 原理。至于PET所有性能包括很广，主要有 计数率， 分辨率、灵敏度、：3D性能、数据传 输显示、多用软件及开发， 还包括各种操作 稳当方便。但根据PET专家介绍，PET的 灵敏度和计数率特性最为重要。目前主要是 采用发射方式探测， 随着医学和肿瘤学的发 展， 有可能采用发射和穿透列时探测， 既可 节省时间， 义可增加清晰度。一台好的PET 要想发挥其最佳效能， 除了正确操作外， 还 必须做到仪器的高质量控制。有关质控问题 另篇报导。

3 示踪剂 PET所探测到的信息是由于引人体内 ’ 的示踪剂所发射的 射线。所以示踪剂不仅 要有较好的物理特性外， 还必须有较好的生 物化学特性 P E,T所用示踪剂是正电子发射 体，一般原子序数低，是人体内固有元素的 阔位素， 可取代正常生物物质分子中的相应 原子参与体内代谢。譬如说， 要想知道体内 葡萄糖的分布， 代谢途径和速率， 就得将葡 萄糖分子和放射性示剂标记在一起。目前最 常用的是 F一脱氧葡萄糖(1aF—FDG)。 PET示踪剂的半衰期很短，从1．3min 到1 10min，选样短的半衰期给示踪剂的配制 和运输带来很多不便， 且检查操作要准确快 速。当前示踪剂的生产来源有两种， 一种是 加速器生产， 另一种是发生器生产。加速器 生产种类多， 更适台多种需要， 而发生器生 产示踪剂非常局限。垒套PET系统应该包括 加速器， 但由于种种原因， 目前世界各地医 学院校也未必是垒套购置， 部分医院也是从 院外购买示踪剂。除以上所说“F外， 还有 G，”N， ”O和 Rb等多种示踪剂。多用表| 验电笔| 示波表| 电流表| 钩表| 测试器| 电力计| 电力测量仪| 光度计| 电压计| 电流计|

4 药物台成装置 示踪剂要通过标准的化学系统的处理以 。 达到可用的化学形式。有些标准化学产品在 通过质控检测后可直接施于患者 而另一些 目 必须进一步台成更复杂的示踪剂后方可施 于患者 除此外，还必须建立一套实验室装 备来分析和配药。

5 检测程序 检测程序主要是根据检测目的而设计 的， 可进行静态， 动态和门电路三种不同采 集方式。一般先是对位、透射扫描， 然后给 药， 采集、重建、拍照、发报告。它既可得 到动态时像， 又可得到静态解剖图像， 还可 得到功能性图像及数据(如心功能、肿瘤葡 萄糖代谢等)。
综上所述， PET成像设备精良，成本 高， 技术要求严格， 信号转换途径多， 成像 复杂， 但由于配套计算机的先进程序， 使大 部复杂过程成为自动化过程。