2008年6月23日
PET/MRI:新融合
丹·哈维
郑重声明
第二十卷第13期，第2页8
软件图像融合已经存在了一段时间，但是同时执行MRI和PET的扫描仪是新的。
研究人员在聚变技术领域引入了一种新的模态耦合。在加州大学戴维斯分校西蒙·r·切里博士的实验室里，科学家们开发了一种核磁共振兼容的正电子发射断层扫描(PET)扫描仪，专门用于研究老鼠。
像其他混合成像技术一样，这种混合融合了互补的功能。MRI提供了优越的软组织对比和高空间分辨率的解剖信息，而PET提供了高灵敏度。加州大学戴维斯分校(UC Davis)生物医学工程教授兼主席切里(Cherry)说，这种描述只会简化技术进步及其潜力。“从研究的角度来看，它远远不止于此，”他说。
除了解剖数据外，MRI带来了与灌注和通透性相关的婚姻信息，而PET可以提供与细胞表面切除物、酶和基因表达相关的特定分子信息。因此，PET/MRI组合是一种强大的研究工具，Cherry补充道。
该扫描仪使用雪崩光电二极管探测器，而不是其他PET扫描仪使用的光电倍增管(pmt)。它的设计可以同时进行而不是顺序的MRI和PET扫描，这意味着患者在成像过程中不需要重新定位。
他们在3月11日出版的《科学》杂志上发表的论文《体内同步正电子发射断层扫描和磁共振成像》中解释了同步采集的重要性美国国家科学院院刊，研究人员写道:“为了确保受试者在相同的生理状态下被成像，并将PET和MRI信号随时间的变化与干预相关联……通常需要同时获取数据。”因此，使用集成成像设备同时获取PET和MRI数据对于回答动态生命系统中许多重要的生物医学问题是必要的。”
在临床环境中，通过加深对癌症和阿尔茨海默氏症等疾病过程的原因、影响和发展的了解，这种融合可以潜在地改善医疗保健。它还可以促进诊断和帮助监测治疗，特别是与癌症和骨病有关的治疗。此外，PET/MRI可以帮助临床医生观察某些药物如何在体内流动，从而确定它们的功效。
除此之外，PET/MRI还可以提供比CT扫描更多的结构细节，尤其是在软组织成像时。核磁共振不会让病人暴露在电离辐射中。
高级研究项目
新的融合强调了广泛、复杂的知识和技术概念化，这是Cherry实验室在新兴分子成像领域的重点。研究人员积极致力于开发新的和改进的成像技术，造影剂和成像探针，然后将这些开创性的元素应用于分子诊断和治疗药物。
研究人员使用的技术包括PET、MRI、CT、单光子发射计算机断层扫描和光学成像。实验室成员对创造新的体内分子成像技术和非侵入性啮齿动物研究人类疾病模型的技术特别感兴趣。此外，研究人员一直在开发用于乳腺癌患者的PET技术。
“我们对专用的乳房PET/CT扫描仪感到特别兴奋，”Cherry说。加州大学戴维斯分校放射学教授约翰·布恩博士开发了一种扫描仪，可以用与乳房x光检查相同剂量的x光产生乳房的三维成像。这项技术目前正处于临床试验阶段，有几家公司对其商业化的可能性感兴趣。
“第一个患者研究是在几个月前完成的，图像很精致，”Cherry说。“最令人兴奋的是，我们在乳房的PET和CT上实现了比传统扫描仪更高的空间分辨率。”
Cherry补充说，这项技术对于获得早期诊断和监测治疗尤其有用，特别是对高危患者。
该实验室还参与改进分子成像，特别是使用微型pet技术对实验室啮齿动物进行高分辨率成像。Cherry解释说:“我们正在努力突破PET分辨率的障碍，因为许多人认为PET不是一种高分辨率的模式。”“我们正在研究分辨率能有多高，我们认为答案是半毫米左右。因此，我们正在努力开发一种成像系统，使我们在老鼠身上获得半毫米的空间分辨率。”
从超小到另一个极端，实验室研究人员正在确定一种更长的全身PET扫描仪的可行性，这种扫描仪可以一次扫描整个身体。“目前，你需要按顺序让病人通过扫描仪，”Cherry说。“我们问自己，是否有可能开发出一种足够长的扫描仪，以一种成本合理的方式同时对整个身体进行成像——如果是这样的话，图像会是什么样的?”
最令人感兴趣的是进行全身动态研究的潜在能力。“我们使用了一种示踪剂，可以作为时间的函数进行测量，这为与制药行业合作进行一些有趣的药理学-动力学研究打开了大门。然而，目前所有这些都处于非常概念化的阶段。”
从概念到现实
Cherry和他的同事在1996年首次提出了PET/MRI融合的概念，并在一年后开发了一个基本的原型。在前进的过程中，他们遇到了几个实质性的挑战，尤其是PET和MRI系统如何相互干扰，并产生伪影和图像失真。主要问题涉及电磁干扰(EMI)和MRI磁场对PET扫描仪探测器的负面影响，PET扫描仪探测器通常基于闪烁体与pmt耦合。切里说:“这些真空管对磁场非常敏感，根本无法在磁铁中工作。”
相反，PET的电子和射频成分会严重干扰MRI系统。为了解决这个问题，研究人员部署了硅基雪崩光电二极管探测器。“显然，我们需要一种受磁场影响小得多的替代探测器技术。磁场不敏感光电二极管探测器被证明是非常有效的。我们使用非常短的光纤束来适当地放置光电二极管探测器和PET电子设备，相对于MRI射频和梯度线圈，以尽量减少干扰。我们已经将它们放置在高达9.4特斯拉的电场中，没有任何问题。”
通过这种方式，研究人员能够开发出一种PET/MRI机器，有效地将PET扫描仪放置在MRI扫描仪内。
有趣的是，在早期的原型中，项目参与者使用pmt。“然而，我们在闪烁体元件和pmt之间使用了很长的光纤连接，将信号带出磁铁，这使我们能够将pmt定位在房间的其他地方，”Cherry说。
虽然这种方法消除了PET和MRI系统之间的电磁干扰，但被证明是不切实际的。与独立的PET扫描仪相比，PET扫描仪的性能较差，并且光纤的长度使系统笨重。“因此，从1997年到2003年，我们一直在等待新的探测器技术的出现，等待它成熟到可以使PET/MRI实用的程度，”切里回忆说。这种情况发生在2003年雪崩技术出现的时候。“这使我们能够制造PET/MRI扫描仪。所以我们写的原型实际上是基于我们过去四年的工作。我们在2006年制作了第一批图像，并在过去两年中一直将PET/MRI用于生物研究应用，”他说。
下一个步骤
加州大学戴维斯分校的研究人员已经在寻求通过提高PET组件的空间分辨率和灵敏度来改进PET/MRI融合的方法。在接下来的几年里，实验室研究人员将致力于建造下一代原型，以提供更好的动物覆盖范围，提高空间分辨率和灵敏度。“目前的原型工作得相当好，提供了很好的图像，我们正在与科学家合作进行生物学研究。但新的原型将推动性能远远超过目前的标准，”切里说。
他补充说，实验室研究人员还将开发针对PET/MRI组合的成像探针。“我的一位同事已经获得了开发这种探测器的资金。这些是磁共振可见的钆探针和PET可见的放射性同位素探针。”
临床和研究潜力
不断发展的融合技术有可能帮助快速开发新的治疗方法。Cherry指出，PET/MRI已经在实验动物模型中有效地评估了新的药物疗法，提供了药物分布和作用的细节，可能有助于将新的药物疗法带入临床环境。
展望未来的临床应用，研究人员认为PET/MRI可能会更好地理解神经系统疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病、精神分裂症和癫痫。它也可能在中风患者的治疗中被证明是有益的，因为它可以帮助识别可恢复的脑组织区域。
就研究潜力而言，Cherry认为PET/MRI有很多应用机会。“存在许多互补的机会。你所需要做的就是看看关于许多应用的文献，比如心血管、癌症和神经科学，人们分别应用PET和MRI。现在，他们可以同时进行扫描。这在研究方面会随着时间的变化而变化时非常有价值。PET/MRI使您能够捕获快照。这是组合式设备最有价值的地方之一。”
Cherry还预见了PET/MRI在干细胞治疗研究中的价值。由于融合技术可以同时测量解剖、功能和生物化学，它可以促进跟踪干细胞迁移到受损的大脑区域，例如。“细胞追踪只是最有趣的研究领域之一，因为PET/MRI允许研究人员监测干细胞。我认为这个研究方向将会特别富有成效。”
技术商业化
创新的介绍之后通常会有关于开发何时商业化的问题。很难说PET/MRI什么时候会进入主流临床环境。
“西门子已经开发出一种在美国销售的原型，作为一种研究工具，”Cherry报道说。“但他们还没有准备好将其作为产品推出。”德国西门子医疗解决方案公司于2007年5月在柏林举行的国际磁共振医学学会年会上介绍了PET/MRI原型机。该系统已被用于西门子美国医疗机构的活体人脑成像研究。该系统的全面测试于2007年底开始。
Cherry补充道:“我也听说其他厂商也在忙于PET/MRI的研发。“当大型医疗公司投资于技术时，你就知道产品即将问世。”
丹·哈维是特拉华州威尔明顿市的自由撰稿人。
