PET/CT 应用现状及进展

杜 名，辛 军

（中国医科大学附属盛京医院核医学科，辽宁 沈阳 110004）

正电子发射型电子计算机断层显像（Positron emission computed tomography，PET）是核医学领域中一项先进的成像技术[1-4]，由探测系统、计算机处理系统、图像显示和断层床组成，利用正电子放射性核素（18F、11C、15O、13N 等）湮没辐射后，产生一对能量相同（511 keV）方向相反的强穿透γ 光子，被探测器吸收，通过置换成空间位置和能量信号，经计算机处理重建出不同的断层图像，由于其可反映疾病的生理功能变化，因此被称为“活体生化显像”。PET/CT 将PET 的功能成像及CT 的解剖学信息相结合，在分子水平上显示组织细胞的代谢、功能、血流、细胞增殖和受体分布，广泛应用于肿瘤、心血管疾病、神经功能病变等方面，为临床提供疾病生理和病理诊断信息，已成为不可或缺的重要影像设备[5-7]。

1 PET/CT 的出现与发展

1.1 PET/CT 与传统影像学检查方法的比较

1998 年，第一台PET/CT 出现，安装于匹斯堡大学医学中心。PET/CT 的出现，极大弥补了传统影像检查设备的不足。PET/CT 将功能成像与解剖成像相结合，不仅可以提供良好的空间分辨率，还可以反映分子功能的活动，与疾病的生理、生化过程密切相关，因此PET/CT 利用其敏感性强、空间分辨率高、成像范围广的特点，在疾病良恶性诊断、分期、疗效评估等方面发挥了重要的作用，逐步成为临床重要的选择。然而，PET/CT 同样存在缺陷，检查费用高、组织分辨率低、药物依赖性强等不足，限制其进一步的临床应用与发展。

1.2 PET/CT 的设备组成与发展

PET/CT 主要由探测系统、计算机数据处理系统、图像显示和断层床等组成，探测系统中的探头和计算机处理系统中的重建技术对成像的速度和质量有着重要的影响。随着影像技术的发展与进步，PET/CT 各组成设备也得到了更新，极大弥补了先前的不足。

1.2.1 晶体探头

探头是PET 的重要组成部分，而晶体是探头的核心部件，不同的晶体材料严重影响PET 的性能。碘化钠（NaI）作为第一代PET 闪烁探测器的单晶体，光输出高、衰减时间比较快、发光波长能够与光电倍增管匹配，从制备角度看，它具有熔点低、对称程度高、原料价格便宜等优点，曾被认为是最为优良的闪烁探测器。然而NaI 晶体易潮解，且对自身尺寸及粒子的选择限制较大，因而目前基本被淘汰。

进入20 世纪80 年代，锗酸铋（BGO）晶体由于密度大、探测效率高、稳定性好，逐渐得到广泛使用，取代了NaI 晶体。BGO 晶体具有维尔德常数大的突出优点，传感器可以获得较高的测量灵敏度[8]。虽然BGO 的光输出量只有NaI 的15%，但其密度几乎是NaI 的两倍，且原子序数更高，从而有较高的探测效率。但BGO 晶体衰变时间长，从而限制了时间分辨率，不利于3D 的采集。硅酸铋（BSO）晶体作为新型的闪烁晶体出现，其具有高辐射硬度、短衰减时间、低成本等优点，引起了人们的极大关注。BSO 晶体短的紫外吸收边能更好地分离Cherenkov 光和闪烁光，并有效收集Cherenkov 光信号，使其成为未来双读出量能器和均匀强子量能器的最佳候选材料[9]。

2000 年以来，硅酸镥（LSO）晶体上市，其密度和原子序数都较高，对γ 光子有高的探测效率，衰变时间短，时间分辨率高，光子输出量高。另外，它牢固且不吸湿，应用于PET，可实现快速3D 扫描，尤其适合危重及儿童等不适于长时间检查的患者。然而其对称性较低，易开裂。随后出现的硅酸钇镥（LYSO）闪烁晶体，表现出了非常优异的闪烁性能及发光均匀性[10]。

1.2.2 重建技术

图像重建对PET 的分辨率提高、提升定量及半定量数值的精度起到重要作用。传统PET/CT 重建方法主要有解析法和迭代法，其中解析法常用滤波反投影法（Filtered Back-projection，FBP），其重建速度快，但噪声大，导致精度受限；迭代法最常用有序子集最大期望值法（Ordered Subset Expectation Maximization，OSEM），其具有较好的分辨率和抗躁能力，定位及定量也较为精确，但重建速度慢。随着技术的进步，各厂家纷纷研发新的重建方法，包括点扩散函数（PSF）、超高清（UHD）、飞行时间（TOF）、Q.Clear（也称BPL）等。较传统重建技术，缩短了成像时间的同时，提高了图像质量和参数的准确性。

作为第一代技术，PSF 主要可以纠正空间位置不同引起的错误，从而提高PET 图像的空间分辨率，在临床使用多维尔评分（DS）评估18F-FDG PET 图像时，肿瘤和参考器官的量化限制了光学误解的问题。与传统的重建算法相比，PSF 建模在肿瘤中显著增加了标准摄取值（SUV），但在肝脏中仅适度增加。Enilorac 等[11]欲探讨这是否可能会影响DS，结果提示DS 和弥漫性大B 细胞淋巴瘤患者的风险分层均不受PET 重建选择的影响，PSF 技术可常规在临床中使用。

陆皓等[12]评估UHD 重建法较传统自由呼吸法在改善肺部病灶PET/CT 检查受呼吸运动而导致融合不良中的作用，发现屏气采集配合UHD 重建法得到的图像融合良好占比较传统法所得图像更高；SUV、MTV40%、T/Bmax 测量值受部分容积效应和移动边界扩大效应的影响更小；加上更加精确的PSF 在重建过程中的运用，使上述定量指标更加精确。Kuhnert 等[13]评估UHD 和OSEM PET/CT 重建对量化的潜在影响时，使用Wilcoxon 检验比较了两种重建设置的定量摄取值及归一化比率，发现对于测试的SUV 和病灶瘦体标准摄取值（SUL）数据，在OSEM 和UHD 重建后观察到显著差异；OSEM和UHD 重建后的比率平均值有显著差异，与OSEM 重建相比，UHD 重建后SUV 和SUL 及归一化比率平均高出60%。

第二代技术叫TOF。TOF 技术可以带来更好的图像质量、更少的用药剂量、更快的采集速度，提高灵敏度。张新等[15]评估TOF 技术在一体化PET/MR 上图像质量、半定量分析中的应用价值，对比研究21 例肿瘤患者TOF 及非TOF 方法重建的PET 图像对于原发肿瘤性病变的SUVmax、SUVmean 和信号噪声比（SNR）的差异，证实利用TOF 技术重建获得的图像在病灶的半定量分析上优于非TOF 重建方法，同时TOF可较明显改善图像质量。

近年来，超级迭代Q.Clear 作为第三代重建技术，实现了高清图像与真实SUV 定量的目标，成为应用的热点。林乐军等[14]通过对60 例肿瘤患者PET 图像按照OSEM、TOF+PSF 和Q.Clear（β 值=350）3 种重建技术对图像进行重建，获取PET参数并进行分析，以探究Q.Clear 重建技术对18F-FDG PET/CT 正常组织代谢参数及图像质量的影响，结果证实Q.Clear重建技术在稳定正常本底组织代谢参数的前提下，明显降低了图像噪声，提高SNR，能很大程度上改善图像质量，尤其对体质量较大的受检者的图像质量改善更加明显。

Wu 等[15]为了评估不同PET/CT 重建算法的量化准确性，使用4 种不同的方法重建：OSEM、TOF+OSEM、TOF+PSF+OSEM 以及Q.Clear，测量了体模研究中的恢复系数（RC）和对比恢复（CR），研究表明Q.Clear 重建技术提高了对真实摄取的量化精度，大大提高了PET/CT 成像的诊断信心和治疗反应评估，尤其是对微小肺结节。

2 PET/CT 药物的研发与进展

基于正电子核素标记药物在体内的摄取、组织分布和相关代谢数据，可以在肿瘤的治疗和诊断过程中检测到反映病理症状的临床信息。因此，放射性核素示踪剂在许多疾病的早期诊断、良恶性鉴别、分期、分级和疗效预测中发挥着不可或缺的作用[16-18]。

正电子药物多由回旋加速器制备而成，常见放射性核素包括18F、11C、15O、13N 等。与其他放射性核素相比，18F 的应用非常普遍，因为它具有理想的半衰期（109.8 min）和高正电子峰度。18F 的引入可形成稳定的化学C-F 键，有助于多步标记反应和延迟成像[19]。其制备方法通常有亲核氟代标记法和亲电氟代标记法，还包括同位素交换标记、环加成标记和Al-18F配合物标记法[20]。目前临床应用最广泛的18F-FDG 就是在脱氧葡萄糖（DG）上加氟制备成的，进行葡萄糖代谢显像，然而18F-FDG 并非特异性显像剂，临床应用过程中，往往出现假阴性或假阳性，从而影响疾病的诊断。随着影像技术的发展，药代动力学更好、副作用更小、靶点选择性更强、特异性更高的新型药物不断被研发出来，以满足临床需求（表1），其中应用较为广泛的包括18F-FET 及18F-FFDOPA，在神经系统肿瘤方面，诊断效能明显优于18F-FDG[21-23]。

表1 18F 标记正电子药物种类及临床应用

3 PET/CT 临床应用现状与发展

肿瘤是中国居民的主要死亡原因，2020 年中国癌症新发病例约450 万例，死亡约300 万例[24]。早发现、早诊断、早治疗是降低恶性肿瘤病死率、延长生存时间的关键措施[25]。近年来，PET/CT 广泛应用于临床，并在肿瘤的诊断、分期、疗效评价、检测复发转移、预后评估等方面显示出重要的作用和价值。

3.1 肿瘤的早期诊断

肿瘤的早期诊断对患者治疗方案的制定和预后具有至关重要的意义。PET/CT 不但可以反映肿瘤的形态特征，还可以通过肿瘤的代谢情况，对其发展程度进行判断。刘芳蕾等[26]在2013 年的研究中证实，18F-FDG PET/CT 对肺结节的早期诊断有较高的价值，对肺癌的分化程度也有一定的提示作用，联合血清肿瘤标志物检测可提高肺癌早期诊断的特异度；李佳铮等[27]指出，PET 对早期胃癌的检出能力有限，但可辅助预测早期胃癌内镜下黏膜切除术（ESD）的根治性及监测术后复发；李可心等[28]研究发现18F-FDG PET/CT 利用糖醇解总量（TLG）、肿瘤代谢体积（MTV）等代谢参数可预测早期宫颈癌盆腔淋巴结转移。

PET/CT 不仅适用于肿瘤的早期诊断，对非肿瘤性病变的早期改变同样具有提示意义。张萍等[29]探讨了18F-FDG PET/CT在早期活动性大动脉炎患者中的诊断价值，采用独立样本t 检验比较SUVmax 值的差异，结果提示18F-FDG PET/CT 是一种检测早期动脉炎症变化的有效方法，可用于早期活动性大动脉炎的诊断。

3.2 良恶性病变的诊断及鉴别诊断

肿瘤良恶性的鉴别诊断是临床遇到的普遍问题，关系治疗方案的选择。传统影像往往通过形态、密度及信号的改变进行诊断，但部分复杂病变仍难以鉴别。利用良恶性肿瘤不同的生理、生化特征，PET/CT 可以通过肿瘤代谢情况，提示病变的良恶性，进而指导临床治疗方案的选择。

Tatc 等[30]评价了18F-FDG PET/CT 在肺类癌和肺错构瘤鉴别诊断中的应用价值，采用Mann-Whitney U 和Kruskall-Wallis H 试验比较错构瘤和类癌的平均直径和平均SUVmax，肺类癌的摄取从轻微到强烈不等，肺错构瘤可见18FFDG 摄取，而非典型类癌和典型类癌的平均SUVmax 高于错构瘤，并认为在肿块周围伴有支气管梗阻的情况下，必须怀疑肺类癌。

Ozmen 等[31]比较了FDG PET/CT 在结核性胸膜炎（TP）和恶性胸膜间皮瘤（MPM）的表现，并评估其鉴别诊断的作用。结果发现TP 样MPM 胸膜中FDG 摄取明显，但在评估结核病流行国家的胸膜病变时，应考虑FDG PET/CT 可能有假阳性结果，评估胸膜FDG 摄取和淋巴累及情况，可帮助更准确的诊断。

3.3 肿瘤的分期与再分期

恶性肿瘤定性后，全面了解病变范围，进行肿瘤分期是临床选择治疗方案的关键，同样，治疗后的肿瘤再分期对治疗决策、疗效和预后评估至关重要。PET/CT 可全面、直观的发现病变在全身的分布，进而明确分期及再分期。

刘玉奇等[32]研究18F-FDG PET/CT 在结直肠癌术后患者临床再分期、治疗策略及预后评估中的价值，结果证实18FFDG PET/CT 诊断结直肠癌术后复发转移的灵敏度和准确性较高，并能及时修正临床再分期，指导临床治疗策略的选择。

Orsaria 等[33]评估18F-FDG PET/CT 对乳腺癌（BC）患者淋巴结（LN）转移的一些预测特征及腋窝LN 分期的价值，研究表明PET/CT 有助于评估原发性BC 肿块及其与转移性腋窝LN 的关系，从而预测肿瘤行为并指导临床实践。

3.4 评估疗效与预后

恶性肿瘤治疗后有效的表现，首先为活性的降低，反映在增生的减缓和代谢的减低，进而肿瘤体积减小或消失。而往往恶性程度越高的肿瘤，其活性越高，增生越迅速，其代谢也更加旺盛。PET/CT 可以利用这一特征进行代谢显像，从而通过代谢的高低进行疗效的评价，并且可以根据肿瘤恶性程度的高低，评估患者的预后。

陈学涛等[34]探讨非小细胞肺癌（NSCLC）根治性切除术术前18F-FDG PET/CT 显像对患者中远期预后的预测价值，发现NSCLC 根治术术前18F-FDG PET/CT 显像中的原发灶大小和SUVmax 对,术后生存期有重要的预测价值，纵隔或肺门高代谢淋巴结（HML）分布类型对预后可能有预测价值。

局部晚期食管胃交界腺癌（AEG）术前放化疗的结果各不相同，良好的治疗反应是患者预后的关键因素。Sánchez-Izquierdo 等[35]评价18F-FDG PET/CT 在AEG 患者代谢反应方面的价值，结果证实18F-FDG PET/CT 在潜在可手术的AEG进行新辅助治疗前诊断非疑似转移中是有用的。SUV 与病理反应相关，是一个长期独立的生存预后因素。

陈虞梅等[36]研究化疗中期及化疗后18F-FDG PET/CT 对弥漫性大B 细胞淋巴瘤（DLBCL）患者预后判断的价值，分别在化疗前、化疗中期及化疗后行18F-FDG PET/CT 检查，对代谢参数及化疗前后参数变化值行Pearson 相关分析，结论证实初始化疗方案为R-CHOP 的DLBCL 患者，化疗中期PET/CT能有效预测预后，化疗中期完全缓解的患者可省略化疗后PET/CT 检查。

Lv 等[37]探讨预处理18F-FDG PET/CT 在预测肝移植（LT）后HCC 的病理特征和复发中的价值，研究证实预处理18FFDG PET/CT 对LT 后HCC 的复发有较好的预测作用，对HCC 的病理分级、微血管侵犯、肝被膜侵犯等病理特征有较好的预测价值。

4 总结与展望

PET/CT 作为应用广泛的分子影像学检查方法，联合不同影像手段，优势互补，利用其敏感性及特异性为多种疾病的诊断、分期、治疗决策提供了可靠的分子水平依据。随着影像技术、算法、设备的更新，随着新型药物的研发与试用，相信PET/CT 在未来的临床应用中将扮演更加重要的角色。