PET/CT主要技术参数及性能对比

自从2001年6月，市场推出PET/CT以来，PET/CT有了突飞猛进的发展，美国NBC新闻报道说PET/CT的诞生使人类向对抗疾病迈出革命性的一步。瑞典Zurich大学的研究结果表明，PET/CT较PET的诊断准确率提高20%。Lason教授(全球最早使用PET/CT)认为PET/CT对头颈部肿瘤诊断、肺癌分期和诊断、肠癌、前列腺癌和其他盆腔肿瘤淋巴结转移的诊断有很大帮助。PET/CT逐渐成为癌症早期诊断的重要手段。

一 PET/CT的主要技术参数

PET/CT的主要设计参数分CT和PET两部分。主要的技术参数有：

(一)CT部分：

(1)探测器排数、旋转速度、采集时间

这些参数主要决定空间定位的速度，如果医院对心脏疾病的检查较多，对这些参数就要提出较高的要求。一般需要16排以上的CT，旋转速度0.4s，采集100cm需要1.5s左右。速度越快有利于消除扫描过程中由于病人呼吸等运动造成的伪影。

(2)球管热容量、管电流

这些参数主要决定CT的扫描功率以及检查部位，参数越大适应范围越大，对于一些深度较大的部位诊断有一定的优势，而且图像质量相对较好。

(3)层厚、横向扫描野、孔径

这些参数也是CT的重要参数，层厚越小成像越细，一般为0.6～10mm。横向扫描野一般为45～50cm，孔径为70cm。

(二)PET部分：

(1)晶体材料与尺寸

晶体部分是PET的核心，PET主要依靠晶体接收正电子，正如摄像机的镜头一样，PET晶体就是PET的“眼睛”。晶体材料有三种,即BGO、LSO和GSO。它们对于采集511MeVγ光子的信息各具优势。BGO具有较大的原子序数和密度,使得它对γ光子具有很好的拦截能力,有效增加其灵敏度。它的主要缺点是余辉时间较长,不利于3D采集。但其成本相对较低,因此在以2D为主的PET设备上广泛的应用。LSO只有约40ns的余辉时间、高光输出量和仅比BGO低15倍的灵敏度,使得它成为非常适合3D采集的快速晶体。但LSO也有明显的缺点,其光输出与能量不成比例,而且不同批次的晶体光输出量可能相差很大。另外,LSO中存在约26%的长半衰期同位素176Lu,这造成其本底计数增加约10000cps。对常规临床检查的影响不大,但会显著增加单光子透射扫描(如用137Cs进行衰减校正时)的噪音。GSO是LSO的有力竞争者。虽然其光子的拦截能力相对略差,光输出量也较低,但其能量分辨率远高于BGO和LSO。这使得其抗散射能力较强,加上较短的余辉时间,也非常适合3D采集。

晶体尺寸的设计是对空间分辨率和灵敏度的折中。晶体切割较小,探测时的空间分辨能力会有所提高,但其灵敏度则会相应降低。目前PET晶体的环向尺寸约4～6.45mm,轴向约4～8mm,相应的最大空间分辨能力约4～6mm。晶体环数也是一个重要指标,同样的轴向扫描野,环数越多,则晶体的尺寸越小,轴向空间分辨能力越好。

(2)扫描速度、采集模式、衰减校正

这些参数在PET中具有很重要的意义。困扰PET发展的重要原因之一就是扫描速度太慢，做一次全身扫描长达数小时。采集模式主要分为2D和3D两种。用CT代替常规的透射扫描进行衰减校正是节省时间的主要方面,而PET部分多选用3D采集也是一个重要的方面。通过3D采集,一般均可将每个床位的采集时间缩短到2～3min(2D采集约5～6min),其中LSO晶体在这方面的优势最明显。另外,使用BGO晶体时如果能够尽量增加噪声等价计数率(NECR),也可以适当缩短采集时间,提高扫描速度。

(3)空间分辨率、横向扫描野、孔径

这些参数决定扫描的图像质量。空间分辨率一般为：4～6mm;横向扫描野为：55～60cm;孔径为：59～70cm。CT的孔径为70cm,而专用PET的孔径一般设计在60cm左右。PET/CT设计时将PET孔径也增加到70CM,可以减少幽闭感觉,也便于放疗定位。增大孔径一般并不挪动晶体间距,增加的空间主要来自原来放置衰减校正源和隔栅的空间,因此不会降低其空间分辨能力。

二、市场上的PET/CT产品介绍

1998年，第一台功能与解剖一体化显像仪器SPECT/CT投入临床使用; 1999年，核仪器厂家开始研制PET/CT系统，2000年第一台PET/CT在美国开始临床应用。目前,主要有三个厂家提供商品化PET/CT，分别是：SIEMENS公司和CTI公司合作生产的取名为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。其特点主要如下：

(1)SIEMENS公司和CTI公司合作生产的Biograph和Reveal系列

PET探头采用整环探头,探测器有基于锗酸铋(BGO)晶体的ECATHR+型PET和基于硅酸镥(LSO)晶体的ECATAccel型PET。两种都不设隔栅(septum),完全用3D模式采集,而且不再使用68Ge衰减校正源,全部用CT图像进行衰减校正。CT和PET串联在同一机架上,宽和高分别为228cm和188cm,其总长度为158cm,但通过前、后的内凹设计,可使实际孔道长度减少到110cm。扫描野孔径从60cm增大到70cm,有利于放疗定位检查床进入,并减少幽闭感。一次PET和CT同时扫描的范围为145cm,后又提高到约2m。此外,控制软件已组合到一个系统内,对融合图像的显示、测量和分析等也更加方便。这一新的PET/CT被Siemens公司称为BioGraph,而被CTI称为Reveal。2002年12月,西门子又推出Biograph Sensation16(CTI公司对应的商品名为Reveal XVI)。它是将其16排高性能CT与基于LSO晶体的Accel型PET组合到一起。这一设计更注重提高PET的扫描速度,使多数病人(体重81.7kg患者)可以在13min内完成检查。此后,他们又将LSO晶体缩小到4×4×20mm,从而提高图像的空间分辨率。这一改进后的设备在2003年12月推出,Siemens公司称为Biograph LSOHR,CTI公司称为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时,也是将其已有Advance N X i型PET和Lightspeed Plus Hilite多排CT进行简单的组合,其PET均为BGO晶体,带可伸缩的隔栅(故可以选择2D或3D采集模式),并可选择使用标准的PET衰减校正源(68Ge)。其CT的孔径是70cm,而PET为59cm。较小的PET孔径限制了它在放疗定位方面的应用。2002年底,GE公司又推出其重新设计的PET/CT系列,取名Discovery ST。这一系列更注重提高其3D采集能力。新的设计改变晶体尺寸(6 2×6 2mm),增加晶体环数(24环),缩小探测器环的直径(88cm),缩短隔栅的深度,缩小符合时间窗,并将PET孔径提高到70cm。但仍选用BGO晶体,且保留2D和3D采集可选。其CT根据不同需求可以选择2、4、8或16排。

(3) Philips公司的Gemini型PET/CT

Philips公司的PET/CT称为Gemini,选用基于GSO晶体的Allegro型PET,配以MX8000D双排CT,CT部分可以升级到16排。其CT与PET是分体式的,中间有空隙,而且后面部分可以按需要移开一定的距离。这种开放式设计有效减少病人在孔道内的幽闭感,并有利于检查当中接近病人进行一些操作,如CT指导下活检等。其中CT的孔径为70cm,PET的孔径为63cm。PET没有隔栅,完全是3D采集。衰减校正既可以选择CT图像,也可以选择用137Cs点源进行。PET探测部分的设计不同于一般的晶体设计,采用专有的Pixelar技术,晶体后面通过连续的光导材料与紧密排列的六边形光电倍增管相连,对于每个事件有7个光电倍增管来确定其位置和能量,从而更有效地利用了光电倍增管。此外,其图像重建采用3D重建技术虽然需要较长的处理时间,但更有效地利用采集信息,减少图像伪影。