PET全称为正电子发射型电子计算机断层显像 (Positron emission computed tomography,PET),是核医学领域中一项先进的成像技术,是由探测系统、计算机处理系统、图像显示和断层床组成,利用正电子放射性核素(18F、11C、15O、13N等)湮没辐射后,产生一对能量相同(511keV)方向相反的强穿透γ光子,被探测器吸收,通过置换成空间位置和能量信号,经计算机处理重建出不同的断层图像,由于其可反映疾病的生理功能变化,因此被称为“活体生化显像”。

PET可以帮助医生发现癌症、心脏病和脑部疾病等多种疾病。医生可以利用这些信息来帮助诊断、监测或治疗患者的病情。目前,PET通常和CT一起结合使用,PET-CT扫描可以提供更多有关癌症的信息,如了解患者的癌症治疗是否有效、治疗结束后检查是否有新的癌症出现等。PET-CT 的出现,拓展了核医学在疾病诊断、分期、治疗及疗效评估中的应用范围和深度,其不断的发展,不但缩短了扫描时间,提升了图像质量,同时实现对疾病的精准诊断、分期,从而进一步指导个体化治疗,对临床具有重要的应用价值,已经逐步成为肿瘤及相关疾病不可或缺的治疗前检查方法。

仪器简介

正电子发射计算机断层扫描(英语:Positron emission tomography,简称PET)是一种核医学成像技术,它为全身提供三维的和功能运作的图像。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。

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或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(即相差几个奈秒以上的时间)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-时间的修正(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),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。

名称含义

pet大致方法是,将某种物质,一般是生物生命代谢中必须的物质,如:葡萄糖、蛋白质核酸脂肪酸,标记上短寿命的放射性核素(如F,C等),注入人体后,通过对于该物质在代谢中的聚集,来反映生命代谢活动的情况,从而达到诊断的目的。

最近各医院主要使用的物质是氟代脱氧葡萄糖,简称FDG。其机制是,人体不同组织的代谢状态不同,在高代谢的恶性肿瘤组织中葡萄糖代谢旺盛,聚集较多,这些特点能通过图像反映出来,从而可对病变进行诊断和分析。

检查仪原理

一些短寿命的物质,在衰变过程中释放出正电子,一个正电子在行进十分之几毫米到几毫米后遇到一个电子后发生湮灭,从而产生方向相反(180度)的一对能量为511KeV的光子(based on pair production)。这对光子,通过高度灵敏的照相机捕捉,并经计算机进行散射和随机信息的校正。经过对不同的正电子进行相同的分析处理,我们可以得到在生物体内聚集情况的三维图像。

参考资料

Positron emission tomography scan.mayoclinic.2024-01-30

Positron Emission Tomography and Computed Tomography (PET-CT) Scans.cancer.2024-01-30