PET/CT主要技術參數(shù)及性能對比

自從2001年6月，市場推出PET/CT以來，PET/CT有了突飛猛進的發(fā)展，美國NBC新聞報道說PET/CT的誕生使人類向?qū)辜膊∵~出革命性的一步。瑞典Zurich大學的研究結果表明，PET/CT較PET的診斷準確率提高20%。Lason教授(全球最早使用PET/CT)認為PET/CT對頭頸部腫瘤診斷、肺癌分期和診斷、腸癌、前列腺癌和其他盆腔腫瘤淋巴結轉(zhuǎn)移的診斷有很大幫助。PET/CT逐漸成為癌癥早期診斷的重要手段。

一 PET/CT的主要技術參數(shù)

PET/CT的主要設計參數(shù)分CT和PET兩部分。主要的技術參數(shù)有：

(一)CT部分：

(1)探測器排數(shù)、旋轉(zhuǎn)速度、采集時間

這些參數(shù)主要決定空間定位的速度，如果醫(yī)院對心臟疾病的檢查較多，對這些參數(shù)就要提出較高的要求。一般需要16排以上的CT，旋轉(zhuǎn)速度0.4s，采集100cm需要1.5s左右。速度越快有利于消除掃描過程中由于病人呼吸等運動造成的偽影。

(2)球管熱容量、管電流

這些參數(shù)主要決定CT的掃描功率以及檢查部位，參數(shù)越大適應范圍越大，對于一些深度較大的部位診斷有一定的優(yōu)勢，而且圖像質(zhì)量相對較好。

(3)層厚、橫向掃描野、孔徑

這些參數(shù)也是CT的重要參數(shù)，層厚越小成像越細，一般為0.6～10mm。橫向掃描野一般為45～50cm，孔徑為70cm。

(二)PET部分：

(1)晶體材料與尺寸

晶體部分是PET的核心，PET主要依靠晶體接收正電子，正如攝像機的鏡頭一樣，PET晶體就是PET的“眼睛”。晶體材料有三種,即BGO、LSO和GSO。它們對于采集511MeVγ光子的信息各具優(yōu)勢。BGO具有較大的原子序數(shù)和密度,使得它對γ光子具有很好的攔截能力,有效增加其靈敏度。它的主要缺點是余輝時間較長,不利于3D采集。但其成本相對較低,因此在以2D為主的PET設備上廣泛的應用。LSO只有約40ns的余輝時間、高光輸出量和僅比BGO低15倍的靈敏度,使得它成為非常適合3D采集的快速晶體。但LSO也有明顯的缺點,其光輸出與能量不成比例,而且不同批次的晶體光輸出量可能相差很大。另外,LSO中存在約26%的長半衰期同位素176Lu,這造成其本底計數(shù)增加約10000cps。對常規(guī)臨床檢查的影響不大,但會顯著增加單光子透射掃描(如用137Cs進行衰減校正時)的噪音。GSO是LSO的有力競爭者。雖然其光子的攔截能力相對略差,光輸出量也較低,但其能量分辨率遠高于BGO和LSO。這使得其抗散射能力較強,加上較短的余輝時間,也非常適合3D采集。

晶體尺寸的設計是對空間分辨率和靈敏度的折中。晶體切割較小,探測時的空間分辨能力會有所提高,但其靈敏度則會相應降低。目前PET晶體的環(huán)向尺寸約4～6.45mm,軸向約4～8mm,相應的最大空間分辨能力約4～6mm。晶體環(huán)數(shù)也是一個重要指標,同樣的軸向掃描野,環(huán)數(shù)越多,則晶體的尺寸越小,軸向空間分辨能力越好。

(2)掃描速度、采集模式、衰減校正

這些參數(shù)在PET中具有很重要的意義。困擾PET發(fā)展的重要原因之一就是掃描速度太慢，做一次全身掃描長達數(shù)小時。采集模式主要分為2D和3D兩種。用CT代替常規(guī)的透射掃描進行衰減校正是節(jié)省時間的主要方面,而PET部分多選用3D采集也是一個重要的方面。通過3D采集,一般均可將每個床位的采集時間縮短到2～3min(2D采集約5～6min),其中LSO晶體在這方面的優(yōu)勢最明顯。另外,使用BGO晶體時如果能夠盡量增加噪聲等價計數(shù)率(NECR),也可以適當縮短采集時間,提高掃描速度。

(3)空間分辨率、橫向掃描野、孔徑

這些參數(shù)決定掃描的圖像質(zhì)量。空間分辨率一般為：4～6mm;橫向掃描野為：55～60cm;孔徑為：59～70cm。CT的孔徑為70cm,而專用PET的孔徑一般設計在60cm左右。PET/CT設計時將PET孔徑也增加到70CM,可以減少幽閉感覺,也便于放療定位。增大孔徑一般并不挪動晶體間距,增加的空間主要來自原來放置衰減校正源和隔柵的空間,因此不會降低其空間分辨能力。

二、市場上的PET/CT產(chǎn)品介紹

1998年，第一臺功能與解剖一體化顯像儀器SPECT/CT投入臨床使用; 1999年，核儀器廠家開始研制PET/CT系統(tǒng)，2000年第一臺PET/CT在美國開始臨床應用。目前,主要有三個廠家提供商品化PET/CT，分別是：SIEMENS公司和CTI公司合作生產(chǎn)的取名為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。其特點主要如下：

(1)SIEMENS公司和CTI公司合作生產(chǎn)的Biograph和Reveal系列

PET探頭采用整環(huán)探頭,探測器有基于鍺酸鉍(BGO)晶體的ECATHR+型PET和基于硅酸镥(LSO)晶體的ECATAccel型PET。兩種都不設隔柵(septum),完全用3D模式采集,而且不再使用68Ge衰減校正源,全部用CT圖像進行衰減校正。CT和PET串聯(lián)在同一機架上,寬和高分別為228cm和188cm,其總長度為158cm,但通過前、后的內(nèi)凹設計,可使實際孔道長度減少到110cm。掃描野孔徑從60cm增大到70cm,有利于放療定位檢查床進入,并減少幽閉感。一次PET和CT同時掃描的范圍為145cm,后又提高到約2m。此外,控制軟件已組合到一個系統(tǒng)內(nèi),對融合圖像的顯示、測量和分析等也更加方便。這一新的PET/CT被Siemens公司稱為BioGraph,而被CTI稱為Reveal。2002年12月,西門子又推出Biograph Sensation16(CTI公司對應的商品名為Reveal XVI)。它是將其16排高性能CT與基于LSO晶體的Accel型PET組合到一起。這一設計更注重提高PET的掃描速度,使多數(shù)病人(體重81.7kg患者)可以在13min內(nèi)完成檢查。此后,他們又將LSO晶體縮小到4×4×20mm,從而提高圖像的空間分辨率。這一改進后的設備在2003年12月推出,Siemens公司稱為Biograph LSOHR,CTI公司稱為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時,也是將其已有Advance N X i型PET和Lightspeed Plus Hilite多排CT進行簡單的組合,其PET均為BGO晶體,帶可伸縮的隔柵(故可以選擇2D或3D采集模式),并可選擇使用標準的PET衰減校正源(68Ge)。其CT的孔徑是70cm,而PET為59cm。較小的PET孔徑限制了它在放療定位方面的應用。2002年底,GE公司又推出其重新設計的PET/CT系列,取名Discovery ST。這一系列更注重提高其3D采集能力。新的設計改變晶體尺寸(6 2×6 2mm),增加晶體環(huán)數(shù)(24環(huán)),縮小探測器環(huán)的直徑(88cm),縮短隔柵的深度,縮小符合時間窗,并將PET孔徑提高到70cm。但仍選用BGO晶體,且保留2D和3D采集可選。其CT根據(jù)不同需求可以選擇2、4、8或16排。

(3) Philips公司的Gemini型PET/CT

Philips公司的PET/CT稱為Gemini,選用基于GSO晶體的Allegro型PET,配以MX8000D雙排CT,CT部分可以升級到16排。其CT與PET是分體式的,中間有空隙,而且后面部分可以按需要移開一定的距離。這種開放式設計有效減少病人在孔道內(nèi)的幽閉感,并有利于檢查當中接近病人進行一些操作,如CT指導下活檢等。其中CT的孔徑為70cm,PET的孔徑為63cm。PET沒有隔柵,完全是3D采集。衰減校正既可以選擇CT圖像,也可以選擇用137Cs點源進行。PET探測部分的設計不同于一般的晶體設計,采用專有的Pixelar技術,晶體后面通過連續(xù)的光導材料與緊密排列的六邊形光電倍增管相連,對于每個事件有7個光電倍增管來確定其位置和能量,從而更有效地利用了光電倍增管。此外,其圖像重建采用3D重建技術雖然需要較長的處理時間,但更有效地利用采集信息,減少圖像偽影。