第二节　正电子发射计算机断层仪

正电子发射计算机断层仪（PET）是一种利用放射性核素示踪原理显示活体生物活动的医学影像技术。与传统SPECT 成像技术相比，PET 的显像剂用发射正电子的核素标记，常用的11C、15O、13N 是组成人体最基本元素的同位素，18F 的性质与氢核相似。这些核素置换生物分子中的同位素，制备得到的示踪剂保持了原有生物分子的生物学特性和功能，能够客观显示体内的生物代谢信息。PET 采用电子准直和符合探测技术定位正电子示踪剂的分布，显著提高了系统的灵敏度和空间分辨率，图像质量高。PET 是迄今为止核医学仪器最高水平的标志，也是当代医学高科技之冠。

一、PET仪器显像原理（图2-3）

正电子核素标记的显像剂被注入人体后，该核素因衰变发射的正电子穿过人体组织，在很短的距离内（约1mm）与常规电子结合发生湮没作用，产生两个能量相等（511keV）、方向相反的γ 光子。这一对γ 光子几乎同时到达互呈180°位置的两个探测器，探测器晶体将γ 光子转化为可见光，其产生数量与入射γ 光子的能量成一定比例。晶体产生的可见光投射到与之紧密相连的光电倍增管上，通过光电效应转变为光电子，经逐级放大后以电信号的形式输出至后续电子线路系统。电子线路系统利用时间符合和能量符合技术进行甄别，记录有效的γ 光子对，最后重建显示出放射性核素在体内的分布图像，从而得到PET 的二维或三维图像。

二、PET仪器构成

PET 扫描仪是由机架（gantry）、扫描床、电子柜、操作工作站、分析工作站和打印设备等组成（图2-4），机架是PET 扫描仪的最大部件，也是最关键的部件，由探测器环、棒源（pin source）、射线屏蔽装置、事件探测系统（event detection system）、符合线路（coincidence circuitry）和激光定位器等组成。

PET 探测器采用高密度的晶体（如BGO、LSO 或LYSO 等），并且切割成体积很小的方块。一个晶体组块（如6×6 或8×8）和与其相连的光电倍增管组成一个探测器组块（detector block）。将多个探测器组块紧密排列组合成环状，若干个探测器环再排列成一个圆筒。探测器环数越多轴向视野越大，一次采集获得的断层面也越多。近年来，开发采用了基于硅光电倍增（Silicon photomultiplier，SiPM）器件的PET 新型无磁探测器，一个SiPM 内部包含数千至上万个微元，整个阵列共阴极，总输出信号相当于并行同时输出所有微元信号，SiPM 的优点为探测效率高、工作电压低、体积小以及对磁场不敏感等。基于SiPM 的PET 探测器在时间和空间分辨率上均有显著提高，可结合飞行时间（time of flight，TOF）技术，对提高图像分辨率具有重要意义。

棒源的作用是对PET 扫描仪进行质量控制和透射扫描进行图像衰减校正。棒源是将68锗（68Ge）均匀地封装在中空的小棒内，根据设备不同可有1～3 个活度不同的棒源，也有采用半衰期较长的137Cs 棒源。射线屏蔽装置由位于探测器环两边的厚铅板构成，主要是为了屏蔽探测器外的射线。另外，位于探测器环与环之间有环状钨板，环状钨板将轴向视野分隔成若干环。其作用是屏蔽其他环视野入射的光子对，与准直器的作用相似。目前，3D 采集模式的PET 已经无隔板。事件探测系统的作用是采集探测器传来的电子信号，并将有效的γ 光子事件传给符合线路。符合线路的作用为甄别从事件探测系统传来的γ 光子对是否属于真符合事件，并确定其湮没事件的位置。激光定位器用于患者扫描定位。扫描床是承载检查对象，根据检查需要移动，将检查部位送到扫描野。电子柜主要由CPU，输入、输出系统和内外存储系统等组成。主要作用是进行图像重建，并对数据进行处理和储存。工作站主要由电子计算机和软件系统组成，它的作用主要是控制扫描仪进行图像采集、重建、图像显示和图像储存等。打印设备主要作用为输出图片或文字等资料。

三、PET仪器性能参数和质量控制

PET 性能的基本参数有空间分辨率、成像灵敏度、计数特性等。此外，衰减校正、散射校正、随机符合校正和技术校正的准确度对PET 图像质量的保证也十分重要。美国电器制造商协会（NEMA）、国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）都对PET 的性能指标和实验规则有着详细的规定和说明。2003 年，我国颁布了《放射性核素成像设备、性能和试验规则（第Ⅰ部分）：正电子发射断层成像装置》（GB/T 18988.1—2003）。

PET 的性能评价需要使用标准模型进行测试，测定结果与使用的模型有关，使用的模型不同，结果也有差异。目前，国际上多采用NEMA 标准。PET 性能参数测试主要包括空间分辨率、灵敏度、探测器效率、噪声等效计数率、时间和能量分辨率等。