第三節(jié)　多模態(tài)顯像儀器

隨著醫(yī)學(xué)對疾病認(rèn)識的深入，單一模態(tài)的影像難以滿足對疾病的全面認(rèn)識與診斷。常規(guī)的SPECT 和PET 屬于功能影像的范疇，其結(jié)合特定的示蹤劑，可以探測追蹤生物體內(nèi)的代謝功能變化。然而，SPECT 和PET 的空間分辨率遠遠不如CT 和MRI 等常規(guī)的結(jié)構(gòu)顯像。因此，多種模態(tài)顯像方式的結(jié)合，取長補短，不僅可以獲取病變的生理功能、分子水平信息，而且可以同時獲得病變及其周圍毗鄰組織的形態(tài)學(xué)信息，極大豐富了臨床對疾病的精準(zhǔn)診斷。多模態(tài)顯像儀器是在一臺設(shè)備上獲取多種模態(tài)的圖像，這種方式更利于圖像更好的配準(zhǔn)和融合，促進了不同影像在診斷過程中的相互借鑒和參考。同時，改善SPECT 和PET 的圖像質(zhì)量也需要綜合多種影像，如SPECT 和PET 的衰減校正和散射校正需要用到CT 對組織密度的測量。目前，多模態(tài)顯像儀器已經(jīng)在臨床進行了很好的應(yīng)用與推廣。

一、SPECT/CT

SPECT/CT 是SPECT 和CT 兩種成熟技術(shù)相結(jié)合形成的一種新的核醫(yī)學(xué)顯像儀器，實現(xiàn)了SPECT 功能影像與CT 解剖形態(tài)學(xué)影像的同機融合（圖2-5）。一次顯像檢查可分別獲得SPECT 圖像、CT 圖像和SPECT/CT 融合圖像，可以采用X 線CT 圖像對SPECT 圖像進行衰減校正。

SPECT/CT 中SPECT 與CT 的結(jié)合有兩種設(shè)計方式，一種是在SPECT 探頭機架上安裝一個X 線球管，對側(cè)安裝探測器，也就是SPECT 和CT 位于同一機架；另一種是在SPECT 機架后再并排安裝一個高檔螺旋CT，SPECT 與CT 位于不同的機架。

符合線路SPECT/CT 中配備的是定位CT，其同樣具有對SPECT 圖像進行衰減校正和解剖定位功能，但難以提供病灶的結(jié)構(gòu)診斷信息。心臟專用SPECT/CT 是采用CZT 半導(dǎo)體探測器的心臟專用SPECT 與64排（或更高）螺旋CT 整合的SPECT/CT，提高了儀器的整體性能，可將SPECT 心肌血流灌注顯像信息與高端螺旋CT 解剖形態(tài)信息，特別是冠狀動脈是否狹窄及狹窄程度的結(jié)構(gòu)信息相融合，可從冠狀動脈和心肌血流灌注兩個層面對心臟進行評價，為臨床提供更全面的診斷信息。

二、PET/CT

PET/CT 實現(xiàn)了PET 功能代謝影像與CT 解剖結(jié)構(gòu)影像的同機融合。一次成像即可獲得PET 圖像、CT圖像及PET 與CT 的融合圖像，使PET 的功能代謝影像與螺旋CT 的精細(xì)結(jié)構(gòu)影像兩種顯像技術(shù)取長補短，優(yōu)勢互補，提高了診斷效能；同時采用CT 采集的數(shù)據(jù)代替棒源透射掃描對PET 圖像進行衰減校正，大大縮短PET 掃描時間。如圖2-6 所示，為PET/CT 的實物圖。

PET/CT 是將PET 和CT 融為一體的大型醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備。PET/CT 是由PET 和多排螺旋CT 組合而成，CT 與PET 前后排列在同一成像軸上，在同一個機架內(nèi)有PET 探測器、CT 探測器和X 線球管，共用一個掃描床、圖像采集和圖像處理工作站。受檢者在CT 和PET 掃描期間體位保持不變，重建的PET 和CT 圖像在空間上一致，從而保證了圖像融合的精度與速度。同時PET/CT 的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計仍能保證其中PET 和CT 各自獨立的功能。

PET/CT 圖像采集包括CT 掃描和PET 掃描，通常先進行CT 圖像采集，再進行PET 圖像采集。PET 圖像采集中，應(yīng)用CT 對PET 圖像進行衰減校正，比同位素透射源（即棒源）衰減校正技術(shù)的精度高，時間節(jié)省80%，明顯提高了設(shè)備利用率。在PET/CT 檢查中，CT 掃描可以用于衰減校正、解剖定位和CT 診斷。如果CT 掃描僅用于衰減校正和解剖定位，可采用低劑量設(shè)置，以減少患者的輻射劑量。

PET/CT 儀器評價中，需要分別對PET 和CT 進行性能評價，再對PET/CT 整體進行性能評價。PET 性能評價方法如前所述。CT 性能測試按我國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局與國家衛(wèi)生部于1998 年12 月7 日頒布的《X 射線計算機斷層攝影裝置影像質(zhì)量保證檢測規(guī)范》（GB/T17589—1998）進行。檢測項目共有9 項，包括定位光精度、層厚偏差、CT 值、噪聲、均勻性、高對比分辨率、低對比分辨率、CT 劑量指數(shù)、診斷床定位精度。PET/CT 整機的性能測試主要是采用PET 圖像與CT 圖像進行融合精度評價。目前，尚無權(quán)威機構(gòu)制定的標(biāo)準(zhǔn)測試方法。

PET/CT 的發(fā)明是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展的一個里程碑，標(biāo)志著對疾病進行準(zhǔn)確定位、定性、定量、定期診斷時代的真正來臨。特別在疾病的早期診斷，指導(dǎo)制訂個體化治療方案，腫瘤三維適型放療和手術(shù)的精確定位等方面具有重要的價值和巨大的應(yīng)用前景。

三、PET/MRI

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是利用人體組織中自由水分子中氫質(zhì)子的磁信號，在射頻脈沖的激發(fā)下，產(chǎn)生共振，從而獲取人體組織不同氫質(zhì)子密度和弛豫特性對比的圖像。與CT 相比，MRI具有更好的軟組織對比度及空間分辨率，而且還能進行T1、T2等多參數(shù)多序列成像。除此之外，MRI 還能提供一些功能信息，如水彌散成像、灌注成像和磁共振波譜成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）等。因此，與PET/CT 比較，PET/MRI 能夠為臨床提供更清晰的解剖信息和更全面的功能代謝診斷信息。

MRI 具有強磁場，而且必須保持磁場的穩(wěn)定性和均勻性。為了保證PET/MRI 之間互相不受干擾，PET/MRI 中的PET 和MRI 有3 種組合模式：一是將PET（或PET/CT）和MRI 設(shè)置在不同房間，采用一套運送和支持系統(tǒng)將2 個房間的設(shè)備連接起來以減少患者在兩次檢查間的體位變化，圖像通過軟件進行融合。二是將PET 和MRI 以同軸方式分開置于兩側(cè)，中間設(shè)置一個可以旋轉(zhuǎn)的共用掃描床，分別掃描PET 和MRI 后進行圖像融合。以上2 種組合模式的問題是PET 和MRI 分步采集，易產(chǎn)生體位變動，需要時間長，給臨床和科研帶來一些問題及不便。三是PET/MRI 一體機，也是真正意義上時空一體化PET/MRI，其克服了PET 探測器與MRI 強磁場相互干擾的技術(shù)難題，不僅結(jié)合了PET 和MRI 的兩大影像學(xué)利器，而且真正意義上實現(xiàn)了時間和空間上真正同步掃描。

2006 年，西門子推出了頭顱專用的一體化PET/MRI，利用具有磁場兼容性的雪崩二極管（avalanche photon diode，APD），實現(xiàn)頭顱一體化采集。2010 年，西門子公司推出全球第一款全身一體化PET/MRI，將64 環(huán)PET 探測器和3 Tesla 磁共振成像系統(tǒng)集成在一起，真正的全身一體化PET/MRI 開始投入臨床使用。2014 年，美國通用電氣公司也推出了全身一體化TOF-PET/MRI，采用具有磁場兼容性的SiPM 器件的PET探測器。

與傳統(tǒng)的光電倍增管相比，基于APD 和SiPM 的PET 探測器都具有很好的磁場兼容性，但是兩者對溫度都較為敏感。基于SiPM 的PET 探測器具有極高量子效率和光子探測效率，促使PET 系統(tǒng)靈敏度大幅提升。相比于其他的磁場兼容性探測器，SiPM 具有超快的時間響應(yīng)性能，可結(jié)合飛行時間（TOF）技術(shù)，對湮沒位點進行更為準(zhǔn)確的定位，提高PET 成像的信噪比和對比度，增加小病灶的檢出率和診斷準(zhǔn)確性。一體化PET/MRI 在診斷神經(jīng)系統(tǒng)病變、惡性腫瘤、心血管系統(tǒng)疾病時將分子水平代謝顯像與MRI 的高分辨率、多參數(shù)影像結(jié)合，對疾病診斷提供了更精準(zhǔn)的信息。如圖2-7 所示為一體化PET/MRI 的實物圖。

雖然一體化PET/MRI 中PET 探測器與MRI 強磁場相互干擾的問題基本上得到解決，然而其臨床應(yīng)用推廣仍面臨著很大的挑戰(zhàn)。首先是PET/MRI 中PET 衰減校正是基于MRI 的圖像，而MRI 圖像并不是基于密度成像，因此其衰減校正仍然存在很大爭議。其次，一體化PET/MRI 可實現(xiàn)MRI 和PET 同步掃描，但MRI 的掃描時間較長，而PET 單床位的掃描時間設(shè)為2min 左右即可滿足臨床需求，與MRI 的掃描時間差別較大。PET/MRI 的掃描時間依賴于掃描時間較長的模態(tài)，因此整體上單個患者所需檢查時間要比PET/CT 長得多。再次，PET/MRI 的臨床檢查費用相對PET/CT 更為昂貴，更多的病患可能更傾向于選擇PET/CT+MRI 的診斷方式，拓展一體化PET/MRI 在臨床和研究上的價值是亟待努力的方向，也是實現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的基石。最后，PET 與MRI 影像通常是分屬核醫(yī)學(xué)和放射學(xué)兩個學(xué)科和醫(yī)院的不同科室，因此在目前一體化PET/MRI 系統(tǒng)處于臨床應(yīng)用的初級階段，同時精通MRI 和PET 影像的技師、醫(yī)生或?qū)＜逸^為稀少，PET/MRI 系統(tǒng)的臨床推廣還有賴于放射和核醫(yī)學(xué)學(xué)科交叉的綜合性人才培養(yǎng)。