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MRI-PET:图像更佳辐射更少

发布时间:2015-10-15作者:wuyinglian

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粒子物理学家们已经发明创造了一种将 PET 和 MR(核磁共振) 融为一体的新的医学检查技术, 优点是:图像质量更佳而辐射更少。欧洲物理研究所大量的研究表明,目前癌症患者的检测需要高剂量的辐射。奥斯陆大学的粒子物理学家已经发明了一种将 PET 和 MRI 组合在一起的特殊的新型医学影像技术,这种组合将会使患者接受的辐射明显低于目前的技术。

PET 是正电子发射体层摄影的缩写,该检查可以显示癌细胞在体内存在的位置,但如果医务人员不能适当地将癌细胞定位于骨与软组织,PET 扫描对疾病的诠释就比较困难。而这个问题可以通过把 PET 影像与能够显示解剖图像的 CT(计算机体层摄影) 或 MR(核磁共振)扫描对比结合分析解决。

 

CT 扫描可以显示人体的三维 X 线影像,MR 扫描通过射频及强的磁场获得图像,MR 对软组织的分辨率远远高于 CT,但 MR 扫描的缺点是检查价格昂贵且检查耗时长,其优点是没有电离辐射。

 

目前,绝大多数医院使用的是 PET-CT, 但这种组合有很大的弊端。一次 PET-CT 检查发出的辐射量高于在一年时间内平均基线辐射剂量的 10 倍,为了明确治疗是否有效,许多癌症患者必须多次受检,患者在治疗中接受的总的辐射量因此会非常的高,挪威奥斯陆大学物理系粒子物理研究院 Erlend Bolle 说。

 

动物研究扫描仪

 

现今,有两种 PET 技术,各有特定的用:一种用于病人的临床检查,另一种技术应用于动物体测试新药物,让研究人员发现新的优化和更好的癌症疗法。最近,西门子和飞利浦公司已经为病人发起设计了一种将 PET/MR 组合在一起的新的扫描仪。奥斯陆大学粒子物理学家们最先开发了一种专门适用于动物扫描的 PET/MR 扫描仪。

 

高分辨率 PET 扫描仪不仅有较好的图像质量,其高的灵敏度使它在检查中仅使用一半的辐射剂量而不影响图像的质量,这会开启一个新的研究领域,促使减低临床扫描仪的辐射剂量,尤其是乳腺和大脑的扫描,因此,我们希望飞利浦和西门子公司对这个技术感兴趣,Bolle 对阿波罗研究杂志社说。

 

博尔与他的三维同事一起已经组装了一台 PET,该机器如此之小以至于可以置入 MR 机内,因此两机器的图像可以同时摄取,而且医务人员不需要纠正两种图像叠合在一起的错误。

 

吃光所有的光子

 

在一次标准的 PET 检查中,放射性同位素附加在糖分子上注入患者体内,1 小时以后可以生成 PET 图像,当糖被分布于全身时,癌细胞比正常细胞消耗糖分加快,所以放射性的 r 粒子浓聚在癌细胞中。R 粒子在相对方向发出两套光子,这就是所谓的平行(匹配)光子。

 

为了跟踪放射源,PET 扫描仪必须识别相关的平行光子,这就是目前 PET 扫描仪的巨大变化之一。只要光子顺利以直角撞击探测器,当它们被捕获后,有可能算出这两套有联系的光子。当这些光子以同一角度撞击探测器时就会产生一个问题,这导致对测量碰撞点的一个很大的不精确性风险,降低了图像的质量。

 

在第一次撞击时只有一半的光子堆积所有的能量,在随后的撞击中,仅有一些能量堆积在光子改变的方向而其余的能量则散布在别的地方。电流探测器没有深度信息,因此不能重建出这些光子的位置。Bolle 说:“为了捕获到所有的光子,我们用 5 排探测器以三维方式探测光子的位置”。

 

目前的仪器,为了让光子尽可能的以直角的角度撞击探测器,把病人整体尽可能的定位于机器的中心是很重要的。因此,病人与探测器之间较远的距离也是重要的,这个方案有一个很大的弱点。当扫描仪两侧有较大的开口时,许多光子就会丢失,这会降低图像的质量。病人与探测器之间的距离越近,图像的敏感度越高。

 

奥斯陆大学的新 PET 扫描仪,即使受试动物躺在探测器的旁边,也可以得到优质的图像。“我们已经设法使其灵敏度提高一倍。在实践中,我们可以通过使照相的速度加快一倍,或者只使用一半的放射剂量得到与前述相同质量的图像。”

 

新的晶体

 

新的探测器是由全新的晶体和光导装置组成的。在每个五排探测器中,水晶针被放置在一个横向铺放的光导纤维上面。“这是一种测量 r 粒子的全新的方法。探测器如此放置,以便扫描的空间为矩形。”

 

“现在的扫描仪围成一个圈。这意味着每个探测器模块之间有一个间隙,而光子穿过该间隙时会消失。现在,我们已经从各方向完全覆盖晶体,我们能在一秒钟内捕获几百万粒子。但是,这不能定期发生,我们每一微毫秒测量,如果我们测量的速度不够快,我们会得到错误的信息。”

 

早期数字化

 

把 PET 扫描仪的所有部分放在一起就像乐高积木。在较早阶段数字化系统的数据库多于目前的 PET 方案,这些数据库可以发送到任意数量的计算机。图像程序在检查过程中同时产生。

 

“尽管我们现在是做一个动物扫描仪,它可以很容易被改建为医用扫描仪”博尔注释到。他通过在欧洲粒子物理研究所大量的大爆炸实验中获得这个想法,这些实验是在世界上最大的物理实验室用巨大的探测器探测世界上最小的粒子。这项研究的资金是由挪威的研究委员会和瑞士的国家科学基金会资助的。


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