正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像儀的結(jié)構(gòu)與原理
I 目I 言
2 PET的組成和工作原理 正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像儀(Positron emission tomography， 簡(jiǎn)稱P ET)是核醫(yī)學(xué) 領(lǐng)域最先進(jìn)的設(shè)備， 代表了當(dāng)前核醫(yī)學(xué)影像 的最高水平， 是醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究和臨床影像 診斷最有效的方法和裝置之一。眾所周知， 常用的x線和MRI圖像在疾病狀態(tài)的解剖結(jié) 構(gòu)方面提供了．有價(jià)值的診斷信息。但它們不 能顯示與新陳代謝有關(guān)的組織細(xì)胞內(nèi)部的生 理和生他改變。而P ET就是從人體分子學(xué)水 平來(lái)檢測(cè)和識(shí)別在疾病狀態(tài)下先于組織器官 結(jié)構(gòu)變化而發(fā)生的代謝改變的一種現(xiàn)代影像 技術(shù)。

盡管早在二十年前就有人提出了PET 設(shè)想，但直到近幾年來(lái)PET技術(shù)才真正成熟 并從試驗(yàn)研究進(jìn)入臨床應(yīng)用。由于圖像測(cè)試 設(shè)備的改良， 把自動(dòng)示蹤、圖像采集處理和 分析集為一體，又由于rET所得到的生物代 謝影像信息早于x線CT和MRI的解剖診斷 信息，所以這就推動(dòng)了PET的迅速發(fā)展并成 為許多臨床疑難病癥的最后診斷手段。P ET 檢查無(wú)創(chuàng)份又非常安全， 故使用者和患者極 易接受。

由于PET設(shè)備精良復(fù)雜， 價(jià)格昂貴，日 前主要集于美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)。 根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)， 截止1 993年度，全世界已 有近200臺(tái)的PET設(shè)備， 北美洲(美國(guó)、加拿 大)約有近百臺(tái)， 歐洲j0臺(tái)左右， 日本3O臺(tái)， 澳大利亞和其它地區(qū)近lO臺(tái)(臺(tái)灣、南韓 南 非和沙特阿拉伯等)。據(jù)最新消息透露，我國(guó) 也正準(zhǔn)備引進(jìn)P ET設(shè)備。為了對(duì)PET 的進(jìn) 一步了解，下面作一些介紹。

P ET技術(shù)要求很高。它包括棱物理、電 子學(xué)、放射化學(xué)、數(shù)學(xué)及電子計(jì)算機(jī)等， 所 以要有高素質(zhì)的工作人員來(lái)操作處理、維修 和保養(yǎng)。PET系統(tǒng)一般是由PET主機(jī)(成像 部分) 加速器或發(fā)生器(示蹤劑生產(chǎn)部分) 和藥物自動(dòng)合成裝置三大部分組成。P ET主 機(jī)包括機(jī)架、操作臺(tái)和檢查床。
(1)機(jī)架；機(jī) 架是P ET最大的一部分， 它包括探鍘器、準(zhǔn) 直器 透射源、傾斜驅(qū)動(dòng)器和前置電子線路 等。正電子湮滅輻射和符合原理： 正負(fù)電子 在物質(zhì)中損失能量的方式是相同的。負(fù)電子 在能量快耗盡時(shí)， 就停留在物質(zhì)中， 成為自 由電子。而正電子則在它的能量與周圍物質(zhì) 達(dá)到熱平衡時(shí)， 很快與一個(gè)負(fù)電子相遇而發(fā) 生結(jié)合，轉(zhuǎn)化為兩個(gè)51i keV的y光子，稱為正 電子湮滅輻射。湮滅輻射時(shí)產(chǎn)生的光子反向 射出， 通常為180。， 正電子衰變的這一物 理特性是P ET能非常精確地判定衰變位置 的基礎(chǔ)。符合探測(cè)是指， 在眾多的正電子湮 滅輻射時(shí)， 一對(duì) 光子基本上同時(shí)被對(duì)應(yīng)的 探測(cè)器接受， 其時(shí)間差極小，通過(guò)符合電路， 選擇記錄潦于同一時(shí)間的兩個(gè)r事件信號(hào)，其 連線就代表正電子湮滅時(shí)的一維空間位置稱 為符合， 多條符合線可用于判定湮滅事件的 二維空間位置， 用于重建圖像， 這種方式稱 符合探測(cè)，這主要由PET專門的符合電路來(lái) 完成。探測(cè)器。由若干個(gè)組成環(huán)形的探測(cè)器 組成。每個(gè)探鍘器都有晶體和光電倍增管組 成。正電子湮滅輻射產(chǎn)生的垤 被晶體吸收 后發(fā)射出可見光(稱閃爍事件)，光電倍增管 將可見光刊進(jìn)光陰極后產(chǎn)生一個(gè)小的陽(yáng)極電 流(脈沖信號(hào))送到前置電子線路。準(zhǔn)直器： 用于避免 野之外的射線撞擊精體所產(chǎn)生的 嗓音效應(yīng)。內(nèi)設(shè)有兩種屏蔽， 一種是在探溯 器兩端的鉛屏蔽， 主要是避免視野外射線對(duì) 整個(gè)探測(cè)器的散射。另一種是在每個(gè)環(huán)之間 的鎢中隔， 它主要是避免本環(huán)平面之外的射 線干擾。透射源(又稱棒源) 是一個(gè)正電子 發(fā)射核素(如 Ge)固體源。因?yàn)楦骶�體受正 電子發(fā)射源照射時(shí)， 響應(yīng)曲線有差異以及光 電倍增管增益和轉(zhuǎn)換效率的差異， 故用此源 對(duì)PET進(jìn)行校正和獲得發(fā)射數(shù)據(jù)的衰減校 正值， 此過(guò)程叫透射掃描。傾斜驅(qū)動(dòng)器： 主 要用于控制探鍘器環(huán)的角度， 以達(dá)到理想的 檢測(cè)位置。前置電子線路： 是將光電倍增管 輸送的電脈沖信號(hào)進(jìn)行若干處理。它主要進(jìn) 行信號(hào)的定位、甄別和傳進(jìn)。信號(hào)進(jìn)一步進(jìn) 到PET特有的符臺(tái)電路，通過(guò)時(shí)間窗排除非 相關(guān)的射線。除此之外， 還有記錄原始數(shù)據(jù) 的正弦波分類器以及重建處理系統(tǒng)。重建需 要進(jìn)行包括由于機(jī)械的和物理因素引起的誤 差而進(jìn)行數(shù)據(jù)校正的前處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換圖像 反投射。
(2)操作臺(tái)； 這部分主要是鍵盤操 作， 將操作者與P ET系統(tǒng)溝通。它包括所有 掃描數(shù)據(jù)的輸人、圖像重建， 圖像和原始數(shù) 據(jù)的照相存檔及各種數(shù)據(jù)處理等。
(3)檢查 床； 是給患者擺位的支架，應(yīng)放在視野中心， 還必須穩(wěn)固， 舒適易操作， 能準(zhǔn)確地上、下、 內(nèi)、外移動(dòng)， 且患者上下床方便。 以上都是PET主機(jī)的主要構(gòu)件組成和 原理。至于PET所有性能包括很廣，主要有 計(jì)數(shù)率， 分辨率、靈敏度、：3D性能、數(shù)據(jù)傳 輸顯示、多用軟件及開發(fā)， 還包括各種操作 穩(wěn)當(dāng)方便。但根據(jù)PET專家介紹，PET的 靈敏度和計(jì)數(shù)率特性最為重要。目前主要是 采用發(fā)射方式探測(cè)， 隨著醫(yī)學(xué)和腫瘤學(xué)的發(fā) 展， 有可能采用發(fā)射和穿透列時(shí)探測(cè)， 既可 節(jié)省時(shí)間， 義可增加清晰度。一臺(tái)好的PET 要想發(fā)揮其最佳效能， 除了正確操作外， 還 必須做到儀器的高質(zhì)量控制。有關(guān)質(zhì)控問題 另篇報(bào)導(dǎo)。

3 示蹤劑 PET所探測(cè)到的信息是由于引人體內(nèi) ’ 的示蹤劑所發(fā)射的 射線。所以示蹤劑不僅 要有較好的物理特性外， 還必須有較好的生 物化學(xué)特性 P E,T所用示蹤劑是正電子發(fā)射 體，一般原子序數(shù)低，是人體內(nèi)固有元素的 闊位素， 可取代正常生物物質(zhì)分子中的相應(yīng) 原子參與體內(nèi)代謝。譬如說(shuō)， 要想知道體內(nèi) 葡萄糖的分布， 代謝途徑和速率， 就得將葡 萄糖分子和放射性示劑標(biāo)記在一起。目前最 常用的是 F一脫氧葡萄糖(1aF—FDG)。 PET示蹤劑的半衰期很短，從1．3min 到1 10min，選樣短的半衰期給示蹤劑的配制 和運(yùn)輸帶來(lái)很多不便， 且檢查操作要準(zhǔn)確快 速。當(dāng)前示蹤劑的生產(chǎn)來(lái)源有兩種， 一種是 加速器生產(chǎn)， 另一種是發(fā)生器生產(chǎn)。加速器 生產(chǎn)種類多， 更適臺(tái)多種需要， 而發(fā)生器生 產(chǎn)示蹤劑非常局限。壘套PET系統(tǒng)應(yīng)該包括 加速器， 但由于種種原因， 目前世界各地醫(yī) 學(xué)院校也未必是壘套購(gòu)置， 部分醫(yī)院也是從 院外購(gòu)買示蹤劑。除以上所說(shuō)“F外， 還有 G，”N， ”O(jiān)和 Rb等多種示蹤劑。多用表| 驗(yàn)電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測(cè)試器| 電力計(jì)| 電力測(cè)量?jī)x| 光度計(jì)| 電壓計(jì)| 電流計(jì)|

4 藥物臺(tái)成裝置 示蹤劑要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)系統(tǒng)的處理以 。 達(dá)到可用的化學(xué)形式。有些標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)產(chǎn)品在 通過(guò)質(zhì)控檢測(cè)后可直接施于患者 而另一些 目 必須進(jìn)一步臺(tái)成更復(fù)雜的示蹤劑后方可施 于患者 除此外，還必須建立一套實(shí)驗(yàn)室裝 備來(lái)分析和配藥。

5 檢測(cè)程序 檢測(cè)程序主要是根據(jù)檢測(cè)目的而設(shè)計(jì) 的， 可進(jìn)行靜態(tài)， 動(dòng)態(tài)和門電路三種不同采 集方式。一般先是對(duì)位、透射掃描， 然后給 藥， 采集、重建、拍照、發(fā)報(bào)告。它既可得 到動(dòng)態(tài)時(shí)像， 又可得到靜態(tài)解剖圖像， 還可 得到功能性圖像及數(shù)據(jù)(如心功能、腫瘤葡 萄糖代謝等)。
綜上所述， PET成像設(shè)備精良，成本 高， 技術(shù)要求嚴(yán)格， 信號(hào)轉(zhuǎn)換途徑多， 成像 復(fù)雜， 但由于配套計(jì)算機(jī)的先進(jìn)程序， 使大 部復(fù)雜過(guò)程成為自動(dòng)化過(guò)程。