PET/CT主要技術(shù)參數(shù)及性能對(duì)比

自從2001年6月，市場(chǎng)推出PET/CT以來(lái)，PET/CT有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，美國(guó)NBC新聞報(bào)道說PET/CT的誕生使人類向?qū)辜膊∵~出革命性的一步。瑞典Zurich大學(xué)的研究結(jié)果表明，PET/CT較PET的診斷準(zhǔn)確率提高20%。Lason教授(全球最早使用PET/CT)認(rèn)為PET/CT對(duì)頭頸部腫瘤診斷、肺癌分期和診斷、腸癌、前列腺癌和其他盆腔腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的診斷有很大幫助。PET/CT逐漸成為癌癥早期診斷的重要手段。

一 PET/CT的主要技術(shù)參數(shù)

PET/CT的主要設(shè)計(jì)參數(shù)分CT和PET兩部分。主要的技術(shù)參數(shù)有：

(一)CT部分：

(1)探測(cè)器排數(shù)、旋轉(zhuǎn)速度、采集時(shí)間

這些參數(shù)主要決定空間定位的速度，如果醫(yī)院對(duì)心臟疾病的檢查較多，對(duì)這些參數(shù)就要提出較高的要求。一般需要16排以上的CT，旋轉(zhuǎn)速度0.4s，采集100cm需要1.5s左右。速度越快有利于消除掃描過程中由于病人呼吸等運(yùn)動(dòng)造成的偽影。

(2)球管熱容量、管電流

這些參數(shù)主要決定CT的掃描功率以及檢查部位，參數(shù)越大適應(yīng)范圍越大，對(duì)于一些深度較大的部位診斷有一定的優(yōu)勢(shì)，而且圖像質(zhì)量相對(duì)較好。

(3)層厚、橫向掃描野、孔徑

這些參數(shù)也是CT的重要參數(shù)，層厚越小成像越細(xì)，一般為0.6～10mm。橫向掃描野一般為45～50cm，孔徑為70cm。

(二)PET部分：

(1)晶體材料與尺寸

晶體部分是PET的核心，PET主要依靠晶體接收正電子，正如攝像機(jī)的鏡頭一樣，PET晶體就是PET的“眼睛”。晶體材料有三種,即BGO、LSO和GSO。它們對(duì)于采集511MeVγ光子的信息各具優(yōu)勢(shì)。BGO具有較大的原子序數(shù)和密度,使得它對(duì)γ光子具有很好的攔截能力,有效增加其靈敏度。它的主要缺點(diǎn)是余輝時(shí)間較長(zhǎng),不利于3D采集。但其成本相對(duì)較低,因此在以2D為主的PET設(shè)備上廣泛的應(yīng)用。LSO只有約40ns的余輝時(shí)間、高光輸出量和僅比BGO低15倍的靈敏度,使得它成為非常適合3D采集的快速晶體。但LSO也有明顯的缺點(diǎn),其光輸出與能量不成比例,而且不同批次的晶體光輸出量可能相差很大。另外,LSO中存在約26%的長(zhǎng)半衰期同位素176Lu,這造成其本底計(jì)數(shù)增加約10000cps。對(duì)常規(guī)臨床檢查的影響不大,但會(huì)顯著增加單光子透射掃描(如用137Cs進(jìn)行衰減校正時(shí))的噪音。GSO是LSO的有力競(jìng)爭(zhēng)者。雖然其光子的攔截能力相對(duì)略差,光輸出量也較低,但其能量分辨率遠(yuǎn)高于BGO和LSO。這使得其抗散射能力較強(qiáng),加上較短的余輝時(shí)間,也非常適合3D采集。

晶體尺寸的設(shè)計(jì)是對(duì)空間分辨率和靈敏度的折中。晶體切割較小,探測(cè)時(shí)的空間分辨能力會(huì)有所提高,但其靈敏度則會(huì)相應(yīng)降低。目前PET晶體的環(huán)向尺寸約4～6.45mm,軸向約4～8mm,相應(yīng)的最大空間分辨能力約4～6mm。晶體環(huán)數(shù)也是一個(gè)重要指標(biāo),同樣的軸向掃描野,環(huán)數(shù)越多,則晶體的尺寸越小,軸向空間分辨能力越好。

(2)掃描速度、采集模式、衰減校正

這些參數(shù)在PET中具有很重要的意義。困擾PET發(fā)展的重要原因之一就是掃描速度太慢，做一次全身掃描長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)。采集模式主要分為2D和3D兩種。用CT代替常規(guī)的透射掃描進(jìn)行衰減校正是節(jié)省時(shí)間的主要方面,而PET部分多選用3D采集也是一個(gè)重要的方面。通過3D采集,一般均可將每個(gè)床位的采集時(shí)間縮短到2～3min(2D采集約5～6min),其中LSO晶體在這方面的優(yōu)勢(shì)最明顯。另外,使用BGO晶體時(shí)如果能夠盡量增加噪聲等價(jià)計(jì)數(shù)率(NECR),也可以適當(dāng)縮短采集時(shí)間,提高掃描速度。

(3)空間分辨率、橫向掃描野、孔徑

這些參數(shù)決定掃描的圖像質(zhì)量。空間分辨率一般為：4～6mm;橫向掃描野為：55～60cm;孔徑為：59～70cm。CT的孔徑為70cm,而專用PET的孔徑一般設(shè)計(jì)在60cm左右。PET/CT設(shè)計(jì)時(shí)將PET孔徑也增加到70CM,可以減少幽閉感覺,也便于放療定位。增大孔徑一般并不挪動(dòng)晶體間距,增加的空間主要來(lái)自原來(lái)放置衰減校正源和隔柵的空間,因此不會(huì)降低其空間分辨能力。

二、市場(chǎng)上的PET/CT產(chǎn)品介紹

1998年，第一臺(tái)功能與解剖一體化顯像儀器SPECT/CT投入臨床使用; 1999年，核儀器廠家開始研制PET/CT系統(tǒng)，2000年第一臺(tái)PET/CT在美國(guó)開始臨床應(yīng)用。目前,主要有三個(gè)廠家提供商品化PET/CT，分別是：SIEMENS公司和CTI公司合作生產(chǎn)的取名為Biograph和Reveal系列;GE公司提供Discovery LS和Discovery ST系列：Philips公司的Gemini型PET/CT。其特點(diǎn)主要如下：

(1)SIEMENS公司和CTI公司合作生產(chǎn)的Biograph和Reveal系列

PET探頭采用整環(huán)探頭,探測(cè)器有基于鍺酸鉍(BGO)晶體的ECATHR+型PET和基于硅酸镥(LSO)晶體的ECATAccel型PET。兩種都不設(shè)隔柵(septum),完全用3D模式采集,而且不再使用68Ge衰減校正源,全部用CT圖像進(jìn)行衰減校正。CT和PET串聯(lián)在同一機(jī)架上,寬和高分別為228cm和188cm,其總長(zhǎng)度為158cm,但通過前、后的內(nèi)凹設(shè)計(jì),可使實(shí)際孔道長(zhǎng)度減少到110cm。掃描野孔徑從60cm增大到70cm,有利于放療定位檢查床進(jìn)入,并減少幽閉感。一次PET和CT同時(shí)掃描的范圍為145cm,后又提高到約2m。此外,控制軟件已組合到一個(gè)系統(tǒng)內(nèi),對(duì)融合圖像的顯示、測(cè)量和分析等也更加方便。這一新的PET/CT被Siemens公司稱為BioGraph,而被CTI稱為Reveal。2002年12月,西門子又推出Biograph Sensation16(CTI公司對(duì)應(yīng)的商品名為Reveal XVI)。它是將其16排高性能CT與基于LSO晶體的Accel型PET組合到一起。這一設(shè)計(jì)更注重提高PET的掃描速度,使多數(shù)病人(體重81.7kg患者)可以在13min內(nèi)完成檢查。此后,他們又將LSO晶體縮小到4×4×20mm,從而提高圖像的空間分辨率。這一改進(jìn)后的設(shè)備在2003年12月推出,Siemens公司稱為Biograph LSOHR,CTI公司稱為Reveal HI REZ。

(2) GE公司提供Discovery LS和Discovery ST系列

GE公司在2000年底最初推出Discovery LS系列PET/CT時(shí),也是將其已有Advance N X i型PET和Lightspeed Plus Hilite多排CT進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合,其PET均為BGO晶體,帶可伸縮的隔柵(故可以選擇2D或3D采集模式),并可選擇使用標(biāo)準(zhǔn)的PET衰減校正源(68Ge)。其CT的孔徑是70cm,而PET為59cm。較小的PET孔徑限制了它在放療定位方面的應(yīng)用。2002年底,GE公司又推出其重新設(shè)計(jì)的PET/CT系列,取名Discovery ST。這一系列更注重提高其3D采集能力。新的設(shè)計(jì)改變晶體尺寸(6 2×6 2mm),增加晶體環(huán)數(shù)(24環(huán)),縮小探測(cè)器環(huán)的直徑(88cm),縮短隔柵的深度,縮小符合時(shí)間窗,并將PET孔徑提高到70cm。但仍選用BGO晶體,且保留2D和3D采集可選。其CT根據(jù)不同需求可以選擇2、4、8或16排。

(3) Philips公司的Gemini型PET/CT

Philips公司的PET/CT稱為Gemini,選用基于GSO晶體的Allegro型PET,配以MX8000D雙排CT,CT部分可以升級(jí)到16排。其CT與PET是分體式的,中間有空隙,而且后面部分可以按需要移開一定的距離。這種開放式設(shè)計(jì)有效減少病人在孔道內(nèi)的幽閉感,并有利于檢查當(dāng)中接近病人進(jìn)行一些操作,如CT指導(dǎo)下活檢等。其中CT的孔徑為70cm,PET的孔徑為63cm。PET沒有隔柵,完全是3D采集。衰減校正既可以選擇CT圖像,也可以選擇用137Cs點(diǎn)源進(jìn)行。PET探測(cè)部分的設(shè)計(jì)不同于一般的晶體設(shè)計(jì),采用專有的Pixelar技術(shù),晶體后面通過連續(xù)的光導(dǎo)材料與緊密排列的六邊形光電倍增管相連,對(duì)于每個(gè)事件有7個(gè)光電倍增管來(lái)確定其位置和能量,從而更有效地利用了光電倍增管。此外,其圖像重建采用3D重建技術(shù)雖然需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間,但更有效地利用采集信息,減少圖像偽影。