第二節　正電子發射計算機斷層儀

正電子發射計算機斷層儀（PET）是一種利用放射性核素示蹤原理顯示活體生物活動的醫學影像技術。與傳統SPECT 成像技術相比，PET 的顯像劑用發射正電子的核素標記，常用的11C、15O、13N 是組成人體最基本元素的同位素，18F 的性質與氫核相似。這些核素置換生物分子中的同位素，制備得到的示蹤劑保持了原有生物分子的生物學特性和功能，能夠客觀顯示體內的生物代謝信息。PET 采用電子準直和符合探測技術定位正電子示蹤劑的分布，顯著提高了系統的靈敏度和空間分辨率，圖像質量高。PET 是迄今為止核醫學儀器最高水平的標志，也是當代醫學高科技之冠。

一、PET儀器顯像原理（圖2-3）

正電子核素標記的顯像劑被注入人體后，該核素因衰變發射的正電子穿過人體組織，在很短的距離內（約1mm）與常規電子結合發生湮沒作用，產生兩個能量相等（511keV）、方向相反的γ 光子。這一對γ 光子幾乎同時到達互呈180°位置的兩個探測器，探測器晶體將γ 光子轉化為可見光，其產生數量與入射γ 光子的能量成一定比例。晶體產生的可見光投射到與之緊密相連的光電倍增管上，通過光電效應轉變為光電子，經逐級放大后以電信號的形式輸出至后續電子線路系統。電子線路系統利用時間符合和能量符合技術進行甄別，記錄有效的γ 光子對，最后重建顯示出放射性核素在體內的分布圖像，從而得到PET 的二維或三維圖像。

二、PET儀器構成

PET 掃描儀是由機架（gantry）、掃描床、電子柜、操作工作站、分析工作站和打印設備等組成（圖2-4），機架是PET 掃描儀的最大部件，也是最關鍵的部件，由探測器環、棒源（pin source）、射線屏蔽裝置、事件探測系統（event detection system）、符合線路（coincidence circuitry）和激光定位器等組成。

PET 探測器采用高密度的晶體（如BGO、LSO 或LYSO 等），并且切割成體積很小的方塊。一個晶體組塊（如6×6 或8×8）和與其相連的光電倍增管組成一個探測器組塊（detector block）。將多個探測器組塊緊密排列組合成環狀，若干個探測器環再排列成一個圓筒。探測器環數越多軸向視野越大，一次采集獲得的斷層面也越多。近年來，開發采用了基于硅光電倍增（Silicon photomultiplier，SiPM）器件的PET 新型無磁探測器，一個SiPM 內部包含數千至上萬個微元，整個陣列共陰極，總輸出信號相當于并行同時輸出所有微元信號，SiPM 的優點為探測效率高、工作電壓低、體積小以及對磁場不敏感等。基于SiPM 的PET 探測器在時間和空間分辨率上均有顯著提高，可結合飛行時間（time of flight，TOF）技術，對提高圖像分辨率具有重要意義。

棒源的作用是對PET 掃描儀進行質量控制和透射掃描進行圖像衰減校正。棒源是將68鍺（68Ge）均勻地封裝在中空的小棒內，根據設備不同可有1～3 個活度不同的棒源，也有采用半衰期較長的137Cs 棒源。射線屏蔽裝置由位于探測器環兩邊的厚鉛板構成，主要是為了屏蔽探測器外的射線。另外，位于探測器環與環之間有環狀鎢板，環狀鎢板將軸向視野分隔成若干環。其作用是屏蔽其他環視野入射的光子對，與準直器的作用相似。目前，3D 采集模式的PET 已經無隔板。事件探測系統的作用是采集探測器傳來的電子信號，并將有效的γ 光子事件傳給符合線路。符合線路的作用為甄別從事件探測系統傳來的γ 光子對是否屬于真符合事件，并確定其湮沒事件的位置。激光定位器用于患者掃描定位。掃描床是承載檢查對象，根據檢查需要移動，將檢查部位送到掃描野。電子柜主要由CPU，輸入、輸出系統和內外存儲系統等組成。主要作用是進行圖像重建，并對數據進行處理和儲存。工作站主要由電子計算機和軟件系統組成，它的作用主要是控制掃描儀進行圖像采集、重建、圖像顯示和圖像儲存等。打印設備主要作用為輸出圖片或文字等資料。

三、PET儀器性能參數和質量控制

PET 性能的基本參數有空間分辨率、成像靈敏度、計數特性等。此外，衰減校正、散射校正、隨機符合校正和技術校正的準確度對PET 圖像質量的保證也十分重要。美國電器制造商協會（NEMA）、國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）都對PET 的性能指標和實驗規則有著詳細的規定和說明。2003 年，我國頒布了《放射性核素成像設備、性能和試驗規則（第Ⅰ部分）：正電子發射斷層成像裝置》（GB/T 18988.1—2003）。

PET 的性能評價需要使用標準模型進行測試，測定結果與使用的模型有關，使用的模型不同，結果也有差異。目前，國際上多采用NEMA 標準。PET 性能參數測試主要包括空間分辨率、靈敏度、探測器效率、噪聲等效計數率、時間和能量分辨率等。