PET-MRI仪器系统近些年来，临床上将 PET 与 MRI 结合的成像方式引来了很多的关注。对比

于目前使用的较多的 PET/CT 技术，PET/MRI 不仅提高了其软组织对比度和减少了电离辐射，而且还大量的 MRI 成像参数比如说功能、波谱、以及弥散加权成像等。然而，这种结合却面临着巨大的挑战，这种挑战来自于扫描仪之间的相互影响。最近十几年来，这些技术问题得到了很大的解决，这为临床使用全身PET/MRI 提供了很大的帮助。

第一台集成的临床 PET / MRI 扫描仪（Brain PET，Siemens）专为大脑成像量身定制，其中使用的是 3.0-T 标准的 MR 扫描仪内嵌于 PET 中。几年来，三个主要的全身 PET/MRI 供应商已经解决了实现 PET/MRI 的不同困难。Torigian 等人对这三种方法中的每一种的技术细节和特征进行了很好的概述[1]，见图 1 所示。

图 1. 融合 PET/MR 成像系统的潜在设计的横截面示意图：（a）背对背安装 MR 和PET 的串联设计（类似于 PET / CT 仪器），允许顺序而不是同时采集，（b ）在 MR 成像仪的射频线圈（R）和梯度集（G）之间插入 PET 成像仪（P）的插入设计，以及（c）在同一机架中使用两个成像仪的完全集成设计。 显示了所有配置的射频线圈，梯度组，PET成像仪和病床（B）。

三种系统结构

正如前面所说的，目前绝大多数主要的 PET/MRI 系统，可以分为三种类别:1.连续系统，将两种模态的成像技术像 PET/CT 那样结合起来，物理隔离；2.

嵌入式结构，将 PET 扫描仪嵌在 MRI 中；3.集成体系结构，将 PET 的探测器放置于 MRI 中。

连续结构

制造 PET/MRI 融合系统最直接的方法就是将现存的 PET 和 MRI 技术在同一个平台上使用，正如 PET/CT 一样。在这种方法中，病人被放置在机械床上，然后，床会滑动着依次通过 MRI 扫描仪和 PET 扫描仪（图 2）。

图 2-2.左图是连续 PET-MRI 的结构图，右图是来自于飞利浦公司的连续 PET-MRI 实物图。

这种配置的一个明显的优点是它可以最大限度地减少各个系统组件的调整程度。 这缩短了产品的开发时间，因为为独立的 PET 和 MRI 开发的许多现有模块都可能用于组合系统。当然，磁场的存在意味着即使是这种简单的架构也不仅仅是将两台现有的扫描仪并排放置并联网。必须采用重要的分离和屏蔽或

磁场不敏感的光电探测器。尽管两个组件之间的分离使电磁屏蔽成为一项更容易的任务，但仍必须采取措施来防止来自现场和与现场的干扰。此外，物理的分离有时被认为是作为一种减少患者幽闭恐怖症的方式，并在检查过程中改善患者的身体接触。从软件和前端角度来看，这种方法还需要对现有软件包进行最小限度的修改，只需引入一个工具来定义扫描顺序并自动进行床位移即可。

然而，这种第一设计概念的缺点是不能执行真正的同时 PET / MR 成像。 相反，依次执行 PET 和 MRI 可能会导致全身成像的总检查时间超过无法接受的长度，这可能成为临床用户的主要缺点。 此外，在扫描过渡期间由于生理活动和患者运动导致的配准误差可能难以追溯性地进行校正。 最后，串联系统配置在房间大小方面是有代价的。 如果床要通过两个系统移动病人的整个长度并覆盖同轴位移，那么打算替换现有设施的医疗中心应该仔细考虑他们的磁屏蔽室是否具有必要的额外空间。

嵌入式结构

这个概念背后的主要思想是建立一个可移动的 PET 嵌入体，能够在常规MR

的孔内工作，同时将大多数相关的电子元件放置在靠近 MR 台架的较低磁通密度的独立位置（图 3）。 这种方法在串联配置方面的主要技术挑战是在磁场中引入电子电路。 因此需要考虑几个问题才能使插入功能正常工作：

所使用的材料的磁化率必须使得对磁场的干扰最小化。 用于闪烁光读出和放大的装置必须对磁场不敏感或与 MR充分分离。 所有电子零件必须屏蔽，以防止梯度场变化和射频信号引起电磁干扰。

图 3.嵌入式 PET/MRI 系统构图加州大学洛杉矶分校的 Cherry小组是第一个开发 MR兼容 PET检测器的

公司。探测器原理基于使用 4米长的光纤将闪烁体晶体的光引导至位于磁场降至 10mT 以下的位置灵敏的 PMT。基于该技术，首次同时使用 0.2-T 扫描仪内的直径为 38mm 的 LSO环获得了 PET/MR 体模影像。Artefactfree 同时 PET

和 MRI 被证明与一个相似的原型和各种 MR 采集协议。然而，这种设计会导致PET表现不佳，部分原因是由于长导光管中的信号损失。

使用 APD代替 PMT 以避免必须将闪烁光引导到磁场外已经实现。APD 结构紧凑，量子效率高于 PMT，需要较低的电源电压，最重要的是能够在高磁场下工作。另一方面，基于 ADP 的测量比基于 PMT 的测量噪声大，这对能量和时间分辨率有不利影响。 此外，APD 的增益相对较低，因此需要更强大的前置

放大器电子元件和近距离温度监测。考虑到电子方面的考虑因素，这种结构有一个非常重要的局限性，即一旦

将插入件安装在 MR 扫描仪的孔内，患者就没有剩余空间。 无论如何，这一事实对插入件设计及其应用都有重要的影响。 首先，限制插入物的径向范围限制闪烁体晶体的长度，并因此限制检测器灵敏度。 尺寸限制使得热量管理也变得复杂。 从应用的角度来看，现有的视野将暂时将这种结构局限于小动物研究，以及人类的神经或肢体探索。

图 4.左图是使用 LSO-APD 探测器的 PET/MRI 结构框图，右图为 LSO-APD 探测器组件：10*10LSO阵列（中右）通过定制的光导耦合到 3*3APD阵列（右下），信号由 9 个混合电荷敏感前置放大器读取。尽管存在这些技术挑战，插入件的扫描仪提供了独特的功能。 这不仅使得

总体采集时间的缩短，而且更重要的是开辟了一系列新颖应用的途径，例如同时 fMRI/PET，动力学研究等。同时采集 PET 和 MR 数据保证这两个采集的完

美几何配置。Carson 等人首次报道了同时采集 PET 和 MR 成像以及小动物的 MR光谱，

使用光纤将闪烁体耦合到外部检测模块（图 5a）。也有研究人员提出了基于APD 的 RATCAP断层扫描仪的非磁性版本。如图 5b 所示，在这里 PET 探测器被安装在动物头上，而不是连接到 MR单元。加州大学戴维斯分校和蒂宾根大学之间的合作努力导致了两种不同的 PET 插入原型的开发，这些插入原型被安装在动物 MR 系统的孔内。在一种设计中，使用短光纤束（图 2c），而第二种方法使用直接耦合到闪烁器（图 2d）。综上所述，这种架构为临床中心配备了 MR 系统，而不必对其现有设施进

行重大修改，而不必对 PET / MRI 进行有效的访问 - 除了不可避免的辐射防护认证之外。 此外，移除插入物以执行常规 MR 采集的可能性为无法承担专用PET / MRI 系统的中心提供了极大的灵活性。 例如，现有的 PET 插件可以在几分钟内安装或拆卸。

图 5.小动物 PET/MRI 成像系统：a 将光电倍增管和闪烁晶体通过光纤连接；b 基于非磁场特性的 RatCAP断层成像仪；c 基于 APD 探测器将闪烁体通过光纤连接的结构；d APD 探测器直接与闪烁晶体阵列耦合结构。

集成体系结构

这种方法针对全身 PET / MRI 扫描，同时保留同时采集的可能性。 实现这一目标的方法是在 MR 系统内将 PET检测器和电子设备完全集成。 从技术角度来看，这当然是最具挑战性的方法。然而，新的诊断和研究应用的内在潜力将是这种架构的一大优势。目前正在研究的设计依赖于使用分裂超导磁体，使用现场循环MR或将 PET检测器环插入 MR 的梯度线圈和体线圈之间（图 6）。

在第一种情况下，MR超导线圈内置两个独立的元件，在它们之间留有几

厘米的轴向空间，其中可容纳 PET闪烁体环。 闪烁光由径向分布的光纤束引导到位于 1mT边缘场外的 PMT。这种设计需要低场磁体和专门的梯度场设置，这可能会限制这种方法成为小动物成像。

在场循环采集的情况下，使用两个独立的且可动态控制的磁体用于极化和读出。这使得能够交错地采集 MR 数据，在特定时间帧没有磁场时，可以进行PET 采集。这种设计与前一项一样，目前仅限于临床前成像。在最后一种情况下，闪烁体晶体和相关的光电探测器都位于 MR 的 RF 和梯度线圈之间。 当然，可用的有限空间导致对 PET 几何结构的严格限制。例如，闪烁体晶体的径向范围需要缩短，因此降低了检测效率。检测器环的直径也必须适应，因此与标准几何形状相比，导致更小的环。在这样一个缩小的空间内进行热量管理也是一项挑战，但如果使用 APD 技术，这一点至关重要。

图 6.一体式 PET/MRI 结构图

挑战

与引入任何新的诊断成像技术一样，还有许多挑战需要解决。PET/MRI 系统似乎在技术上已经在许多重要的实际问题的详细考虑之前开发出来，包括确定仅从同时成像采集或双模式成像探针获益的临床应用，诊所工作流程，优化的扫描协议，伪像处理，监管要求，风险和安全考虑，图像解读的培训和认证需求，比较有效性，成本效用和研究报销问题。目前正在制定许多这些挑战。这位读者被引导到一个很好的评论，该评论总结了在癌症患者中整合全身

PET/MRI 的工作流程和扫描协议考虑。关于 PET 的定量准确性，初步证据表明MR 造影剂不会有副作用，并且 PET衍生的半定量值与从 PET/CT获得的那些值高度相关。美国的放射学院和核医学与分子影像学会联合工作组已开始在美国开展认证问题。关于各种临床环境中的比较有效性需要做许多工作，这将为需求者实现广泛购买和临床使用 PET/MRI 系统的理由提供帮助。1. Torigian D A, Zaidi H, Kwee T C, et al. PET/MR imaging: technical aspects and

potential clinical applications.[J]. Radiology, 2013, 267(1):26-44.