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科普:PET原理及临床应用

正电子发射断层扫描(PET)是一种核成像技术(也称为分子成像),可以显示体内代谢过程。PET成像的基础是该技术检测由正电子发射放射性核素(也称为放射性药物,放射性核素或放射性示踪剂)间接发射的γ射线对。将示踪剂注入生物活性分子的静脉中,通常是用于细胞能量的糖。PET系统灵敏的探测器捕获身体内部的伽马射线辐射,并使用软件绘制三角测量排放源,创建体内示踪剂浓度的三维计算机断层扫描图像。 

PET-CT头颈癌扫描显示各种图像重建。左上图是显示解剖结构的单独CT扫描。右上角扫描显示融合的PET和CT扫描,添加假色以帮助解释图像。左下扫描是初始FDG PET图像,其显示颈部中的示踪剂热点和由于癌症引起的右颌中的淋巴结。右下图是延迟增强扫描,显示随时间的示踪剂摄取,在膀胱,肾,睾丸和脑中具有正常的热点,其通常具有更高的代谢活性。解剖结构的低级灰色阴影是由于整个身体中FDG的正常细胞代谢摄取。

组合PET成像系统

丁香影院患者常见的问题是:什么是PET-CT扫描仪?今天,大多数独立PET成像系统已经被混合PET-CT(正电子发射断层扫描 – 计算机断层扫描)扫描仪所取代,它将单独的PET和CT成像系统组合成一个系统,以便使用PET和X射线CT进行融合,同时成像。CT系统提供解剖学细节,有助于PET成像的衰减校正,从而实现更准确,更清晰的PET图像重建。融合CT图像在PET扫描上的叠加可以帮助确定示踪剂摄取的“热点”,例如癌性肿瘤。这些可用于帮助在化疗期间进行更准确的诊断,帮助肿瘤监测或跟踪,并辅助手术或放射治疗计划。 

在最近几年中引入的PET成像技术的新趋势是PET-磁共振成像(PET-MRI)系统。这种系统使用MRI替代CT消除额外辐射剂量,并且能够大大改善CT组织无法提供的软组织成像清晰度。这种改进旨在改善解剖结构中示踪剂热点的精确定位,以便更好地诊断和治疗。 

PET与SPECT

PET被认为比SPECT(单光子发射计算机断层扫描)具有更好的图像清晰度。然而,更灵敏的探测器技术,图像重建软件和新放射性示踪剂的开发的进步已促进SPECT的改进。这两种技术都有优点和缺点,包括不同的辐射剂量,图像质量的变化,易用性,获取示踪剂和成本。

PET的成功可能基于其固有的更好的图像分辨率。在心脏扫描中,通常报道PET具有5至7mm的分辨率,与SPECT12至15mm的分辨率相比优势明显。更好的性能已经允许数据出现,这表明,由于存在看不见的微血管,三支血管疾病,如果在PET上进行多达十分之一的扫描被解释为正常的SPECT将是异常的。PET的卓越诊断能力部分是通过硬件的进步实现的,特别是量化,利用数值精度来识别心脏中的全局灌注缺陷,否则可能会隐藏在定性SPECT扫描中。

这两种技术之间的巨大差异是每种放射性药物示踪剂使用的同位素的半衰期。SPECT示踪剂的半衰期相对较长(锝-99m的半衰期为6小时),而铷-82仅为75秒。这种短半衰期是目前一线心脏PET放射性示踪剂的限制,它在成像时不会留下很大的误差空间,并且无法进行运动压力测试。 

新的迭代重建(IR)软件(如UltaSPECT)通过提高信噪比来提高SPECT图像质量。就像在CT扫描中一样,IR还可以通过增强低质量扫描来帮助减少剂量。  

什么是放射性示踪剂 – 放射性示踪剂的工作原理

有几种生物活性分子可用放射性示踪元件标记用于PET成像。这些各种示踪剂和生物活性分子被定制用于增强成像中的特定疾病状态,包括各种癌症,中风引起的脑缺血,心脏病发作引起的心肌缺血和炎症。

生物活性分子是身体通常使用的化合物,包括葡萄糖,水或氨。可以靶向其他类型的分子与主要在癌细胞或其他疾病标记物上发现的特异性受体结合。PET成像追踪这些化合物或受体在体内的生物学途径。 

PET中最常用的生物活性分子是氟脱氧葡萄糖(F-18 FDG),它是葡萄糖的类似物。它在美国约90%的PET扫描中使用。身体中的细胞代谢这种糖获取能量,因此在PET上观察到的高浓度FDG表明代谢活动高的区域(如在癌症中)。低代谢活动区域或无代谢活动区域可指示由于中风或心脏病发作导致的血流减少或阻塞的区域。在全身扫描中使用FDG可以帮助确定癌症是否已经转移到身体的其他部位。如果是这样,PET扫描可以帮助确定癌症扩散的程度,并帮助确定进一步治疗或监测的区域。 

放射性示踪剂的短半衰期

丁香影院大多数PET示踪剂同位素的一个缺点是它们具有非常短的半衰期,这需要使用PET扫描仪附近的现场回旋加速器来创建。一些主要示踪剂的有效半衰期包括碳-11(约20分钟),氮-13(约10分钟),氧-15(约2分钟),氟-18(约110分钟),镓 – 68(约67分钟)和铷-82(约1.27分钟)。

氟-18的半衰期足够长,以至于放射性示踪剂可以在非现场商业生产并运送到成像中心以便立即使用。 大多数核心肌灌注检查(寻找心脏病引起的心肌缺血或梗塞)使用铷-82(Rb-82)。这是在商业上可获得的发生器中生产的,其中活性示踪剂可以在扫描室中按需生产。发生器含有锶-82,它会衰变成正电子发射的Rb-82。这些发生器的使用使PET灌注成像成为可行且对于没有回旋加速器的成像中心更经济。 

PET临床应用

PET是用于检测和跟踪癌症的主要成像模式。核成像(PET和SPECT)也被认为是心肌灌注检查的标准护理,以查看由于心脏病发作导致心肌缺乏血流。PET扫描还可以帮助检测和跟踪大脑中的神经系统疾病,例如阿尔茨海默病和中风评估。

使用PET进行癌症评估

一般而言,放射科医师评估PET成像以定位癌症并识别任何转移区域。然后进行成像以通过测量代谢或肿瘤体积的减少来监测放射或化疗治疗的有效性。  

在代谢肿瘤反应的核成像中,使用的标准是用F-18 FDG PET评估。使用实体肿瘤中的PET反应标准(PERCIST)报告测量进行定量测量。然而,癌症治疗正在发展,因此虽然了解这些标准很重要,但有必要了解它们的局限性。引入新的靶向化学治疗剂尤其如此,其中肿瘤可在肿瘤尺寸减小之前长期持续生长或维持大小。PERCIST还有其他变量,包括可以分割相同图像以进行测量的多种方式。关于阈值水平的选择也没有普遍的共识,这也可能导致变化取决于谁阅读研究。  

解剖学反应标准也存在固有的局限性,包括成像发生的时间,进行测量的人员以及测量的内容。对于核成像,评估标准摄取值(SUV)max可能无法显示对肿瘤的正确评估,因为它仅考虑肿瘤的一部分中的最大摄取。在同一肿瘤的其他地方摄取可能已经减少。因此,重要的是尝试评估2厘米或更大的肿瘤。代谢肿瘤体积是可以使用的另一种措施。 

管理心肌灌注成像中的辐射剂量 

具有PET和SPECT的核心肌灌注成像(MPI)已成为非侵入性检测冠状动脉缺血和梗塞的金标准。然而,患者接受的高辐射剂量使得一些提供者在将患者转诊至核MPI之前会三思而后行。近年来,公众对医学成像辐射风险的关注已经成为众多主流媒体文章的重头戏。 

丁香影院Tc-99m SPECT扫描平均辐射剂量约为12-16 mSv,双同位素研究可高达25-30 mSv。PET扫描的剂量远低于SPECT,因为Rb-82同位素的半衰期要短得多。 

较新的剂量降低技术有助于将心脏计算机断层扫描血管造影(CTA)扫描的辐射剂量降低50%以上,使其作为诊断成像模式更具吸引力。新的CT技术 – 包括具有先进可视化软件和CT分数流量储备(FFR)成像的灌注成像 – 可能会增加CT的使用。 

当十年前首次引入64层CT扫描仪时,CTA剂量为20-30 mSv,但新的重建软件,更灵敏的检测器和其他技术已将这降低到10 mSv以下。使用最新的扫描仪和软件,现在可以以约1 mSv的剂量进行CTA。这种新的剂量分布使CTA更具吸引力,核成像现在发现自己处于高辐射剂量技术受到质疑的位置。 

PET系统的制造商

PET / CT系统的主要制造商包括GE Healthcare,Philips Healthcare,Siemens Healthcare和Toshiba。PET/MRI系统的供应商包括GE,飞利浦和西门子。SPECT供应商包括通用电气,飞利浦,西门子和Digirad公司。

PET扫描费用

PET扫描的成本因地区,PET系统以及成像的扫描解剖类型而异。PET/CT检查费用相对来讲是比较贵的。PET/CT检查费用目前还没有列入医保报销范围,只有少部分的医院可以报销药物部分的费用;另外,有一些医院有一些优惠措施,如团检等,可以在一定程度上减轻受检者的经济负担。

目前的检查价格还没有完全统一,只有上海地区的PET/CT检查费用是统一的,全身检查是7000元,局部检查是4000元;北京地区PET/CT检查全身费用在9000-13000元之间,局部在6000-10000元之间,其他地区与北京相似。

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