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【摘要】 目的 PET/MR的软组织对比度和分辨率高，同时能实现完整的结构、功能和分子信息一体化，因此，有可能提高诊断效果。本文设计自身对照，比较PET/CT和PET/MR诊断恶性肿瘤的价值。方法 确诊恶性肿瘤患者24例。常规注射18F-FDG，休息20min后，连续完成MR、PET和CT扫描。其中9例借助机器人，保持患者体位一致。在GE AW工作站完成PET/CT和PET/MR的3D配准与图像融合，确定相同层面后，再对PET和MR相同层面的图像进行配准和融合。模型配准误差：模拟异机误差0.9~5.9mm;机器人辅助误差0.1~1.6mm。结果 CT、MR、PET、PET/CT和PET/MR发现异常病灶数分别为30、66、30、39和66，其中对于脑、肝、淋巴结和骨的远处病灶，PET/MR共发现41个，PET/CT发现14个;PET/MR在脑、肝和淋巴结共发现10个小于5 mm的微小病灶，而PET/CT未发现小于5mm的微小病灶。另外，与PET/CT比较，PET/MR能够更清楚地显示肿瘤细微结构，以及与周边组织的关系。结论 全身PET/MR能在脑、肝、淋巴结和骨等脏器组织中检测出更多远处病灶，特别是微小病灶。在探测肿瘤及转移灶方面，全身PET/MR可能有一定价值，值得进一步研究。
【关键词】 恶性肿瘤;自身对照;体层摄影术，发射型计算机;体层摄影术，X线计算机;体层摄影术，核磁计算机;脱氧葡萄糖
Objective Combined PET/MRI allows for imaging of multi-functional and molecular information along with high-resolution and high soft tissue contrast morphology. High diagnostic performance of PET/MR was expected. In the self-control studies, fusion images of PET/MR and PET/CT were compared after consecutive scanning of MR, PET, and CT in patients with malignant tumors.Methods Twenty-four patients were studied. A consecutive scanning of MR, PET, and CT were performed at 20min after i.v. of 18F-FDG. Nine of these studies were assisted with a robot-cart and a compatible scanning pallet to keep the patient position unchangeable. The 3D fusion images of PET/MR and PET/CT were generated by software in GE AW workstation. In another model study, the fusion matching error was 0.9mm-5.9 mm without robot-cart assistance and 0.1mm-1.6 mm with robot-cart assistance.Results Overall lesions detected by PET/CT and PET/MR were 39 and 66 respectively. Forty-one lesions in brain, liver, lymph nodes, and bones were identified by PET/MR, only fourteen of those lesions were detected by PET/CT. Of ten small metastasis lesions (<5mm) were found by PET/MR, none of them was found by PET/CT. In addition, more detail functional and anatomical information could be presented by PET/MR fusion images.Conclusion Compared with PET/CT, new application of whole-body PET/MR may significantly increase sensitivity in detection of metastasis, especially in small lesions of metastasis.
[Key words] malignant tumors; self comparative; tomography, emission-computed; tomography, X ray computed; tomography, magnetic resonance computed; deoxyglucose
与PET/CT比较，PET/MR图像不仅软组织对比度和分辨率高，并能提供强大的功能信息。因此，PET/MR对疾病的诊断可能比PET/CT更加优越[1~3]。然而，由于技术上的限制，目前还没有商品化全身PET/MR一体机用于临床的报道，临床价值有多大仍是未知数[4]。本文设计自身对照，对24例肿瘤患者连续进行PET/MR和PET/CT显像，部分患者借助机器人保持体位不变，发现PET/MR对脑、肝、淋巴结、骨远处病灶和微小病灶的探测效果优于PET/CT。本文结果进一步论证了机器人辅助全身PET/MR[5,6]研制开发的必要性。
1 临床资料
1.1 一般资料
24例临床确诊恶性肿瘤患者，其中脑膜瘤1例、鼻咽癌1例、肺癌5例(其中3例化疗后)、恶性淋巴瘤1例、乳腺癌1例、食道癌3例(其中2例术后)、胃癌1例(术后)、结肠癌3例(其中2例术后)、直肠癌3例(均为术后)、卵巢癌3例(均为术后)、原发性肝癌1例、前列腺癌1例(术后)。女8例，男16例;年龄32~81岁，平均(60.7±11.6)岁。
1.2 设备配置
SEEREAL 32R-1 32环全身PET(亿仁赛博公司)、Lightspeed VCT 64排全身螺旋CT(GE公司)、Signa Excite 1.5T MR(GE公司)。PET与MR面对面安装，设备中心距离为9mm，之间进行磁屏蔽。PET与CT并排安装，设备中心距离为5mm。工作站包括：GE Medical System Xeleris, Advantage Workstation AW4.3.07, Hp Workstation XW8200, SEEREAL工作站。用于机械控制、图像采集和图像处理。
1.3 显像方法
常规静脉注射18F-FDG，休息20min排尿后，患者平躺在MR扫描床上，采用脑、颈部和胸腹部专用线圈，用T2-FLAIR序列完成脑扫描(5min)，颈部和胸腹部执行压脂T2序列MR扫描(20~25min)，层厚5mm。胸腹部MR扫描采用呼吸门控技术。MR扫描结束后，立刻进行PET扫描。脑和全身6~8个床位18F-FDG发射与68Ge棒源穿透扫描50~60min，层厚5mm。PET扫描结束后，立刻执行120KeV，80mA，0.4s/Helical 全身CT扫描，层厚5mm。其中9例患者由机器人辅助，保持全身PET/MR扫描体位不变[6]。
1.4 图像处理和分析
PET图像三维重建后，在GE AW工作站上实现PET/CT和PET/MR的三维图像融合。确定相同层面后，再对相同层面的颈部和胸腹部的PET、MR图像进行配置和融合。该系统模型测试的配准和融合误差范围是：模拟异机误差0.9~5.9mm;机器人辅助误差0.1~1.6 mm[6]。由两个以上有经验的核医学科医师读片，异常判断标准：全身PET局部放射性等于或高于正常肝脏组织，脑局部代谢增高或减低;CT异常占位病灶;MR异常占位病灶，病灶的T2信号高于周边正常组织但低于胆囊;18F-FDG代谢增高的淋巴结。
2 结果
2.1 PET/MR和PET/CT的图像比较
在脑、头颈部、腹部和盆腔以及肌肉和关节，PET/MR能清晰显示正常组织细微结构和微小异常病灶，其图像的软组织对比度和分辨率明显优于PET/CT。以图1为例，PET/MR能分辨1mm以下的细微结构(如血管)，检测到最小的病灶为2.8mm。这些细微结构和微小病灶不能被PET/CT显示。但由于受呼吸运动影响和MR对钙质信号弱，对于正常肺和周边骨骼，PET/MR对比度和分辨率不如PET/CT(见图1、图2)。
2.2 各种方法检查病灶的比较
表1列出CT、MR、PET、PET/CT和PET/MR所发现恶性肿瘤原发和远处病灶数目的比较，CT、MR、PET、PET/CT和PET/MR共发现异常病灶数目分别为30、66、30、39和66。将PET/CT和PET/MR比较，对原发灶的检测两者一致，但PET/MR能检测出更多的远处病灶。
2.3 PET/MR检测软组织病灶
对于脑、肝、淋巴结远处病灶，PET/MR发现35个病灶，而PET/CT仅发现10个病灶;对肺远处病灶的检测结果两者一致(见表1)。PET/MR在脑、肝和淋巴结共发现10个<5 mm的微小病灶，PET/CT未发现<5mm的微小病灶。图1所示，1例结肠癌疑似肝转移患者，压脂MR影像可见肝右叶共7个T2高信号病灶，从大到小分别为21.3、10.4、8.3、4.0、3.7、3.2和2.8mm，其中只有最大和第三大的病灶18F-FDG代谢高于正常肝脏组织，最大SUV值分别为5.7和2.7。CT平扫肝右叶仅见2个低密度影。PET/CT未能显示4个<5mm的微小病灶和1个10.4mm的大病灶。
2.4 PET/MR检测骨病灶
虽然PET/CT能更加清晰地显示骨骼，但对于骨骼病灶的探测，由于MR的T2信号值改变比CT密度值改变更灵敏，PET/MR优于PET/CT(见表1和图2)。本组病例中，MR检测到6个T2高信号的骨远处病灶，其中4个病灶18F-FDG代谢增高，仅有1个病灶在CT上发现密度改变。
2.5 PET/CT和PET/MR描述病灶情况的主要差别
与PET/CT比较，对于病灶形态、大小、范围、性质、与周边组织的关系，甚至病灶内部结构的细节描述，PET/MR具有明显优势(见图1~3)。以图3为例，MR和PET/MR能很好区分出肿瘤组织、肿瘤内坏死和缺血病灶、肺不张组织和胸腔积液;而CT和PET/CT很难将这些细节情况加以清晰区分(见图3)。另外，PET/MR能很好地区分出的单个淋巴结，导致检测出的淋巴结远处病灶数目多于PET/CT。表1 CT、MR、PET、PET/CT和PET/MR检测恶性肿瘤原发和远处病灶的比较
3 讨论
实现完整的结构、功能与分子一体化是未来的分子影像的必然趋势，PET/MR不仅能够迎合这一趋势，而且能排除了CT辐射和改善软组织图像质量。因此，与PET/CT比较，理论上PET/MR能扩大适应证和提高诊断效果。我们设计了PET/MR和PET/CT的自身对照研究，比较两者在诊断恶性肿瘤的区别，发现PET/MR在探测远处病灶、微小病灶以及描述恶性肿瘤细微信息方面可能比PET/CT更有优势。本研究所选择的对象为临床确诊的各种恶性肿瘤患者，研究目的在于比较PET/CT和PET/MR对肿瘤病灶的探测效率和临床意义，不涉及诊断特异性和鉴别诊断。对于发现肿瘤原发灶，PET/CT和PET/MR的结果是一致的。但PET/MR能够提供更加详细的肿瘤局部信息。正如图3，PET/MR能清晰显示肿瘤大小、边界;肿瘤内部坏死和缺血，以及与肿瘤细胞代谢的关系;能在结构上和功能代谢上精确区分肿瘤组织和肺不张组织，以及肿瘤组织和胸腔积液。这些详细局部详细信息对肿瘤治疗(如确定放射治疗靶区和剂量分布)有实际指导意义[7]。而CT，甚至PET/CT所提供的信息是相对有限的(见图3)。由于MR图像的软组织对比度和分辨率高，MR对脑、肝、淋巴结病灶的检测能力具有明显优势[8,9]。另外正常脑和肝脏细胞摄取较高的18F-FDG，18F-FDG -PET对这些脏器恶性肿瘤的诊断灵敏度低，明显不如MR[10]。因此，与PET/CT比较，PET/MR有可能提高这些脏器组织的恶性肿瘤(特别是微小病灶)的诊断效果。虽然PET/CT可清晰显示正常骨骼结构，但PET/MR似乎能更好地探测骨远处病灶(见表1和图2)，其原因可能在于骨骼病灶MR的T2信号改变比CT的密度改变更加明显和灵敏。关于MR探测肿瘤远处转移(包括骨转移)，多数文献报道与总结的结果和我们相似[9,11,12]，但由于采用的方法不同，对骨转移也有个别相反的结论[13]。PET/MR这种能提高远处病灶(特别是微小病灶)检测能力的原因归功于MR所起的作用。Schmidt等[12]甚至预测，与PET/CT比较，先进的全身MR技术有可能明显提高肿瘤转移灶的探测灵敏度。MR之所以能发现更多的远处病灶，是因为其软组织对比度好、分别率高，以及压脂的T2信号灵敏度高所导致的。但是，由于伦理和技术上的障碍，本文远处病灶没有病理证据，不能说明这些无异常
18F-FDG代谢的远处病灶就是肿瘤病灶。如果这些病灶是肿瘤病灶，要么是因为PET/CT分辨率较低，要么是某些转移灶细胞18F-FDG低代谢;如果这些病灶不是肿瘤病灶，说明MR压脂T2信号鉴别肿瘤的特异性差，PET/MR有可能出现假阳性的问题。同理，利用更先进的CT技术(如超薄层和增强CT)也有可能提高PET/CT的效果。必须强调，即便MR或更先进的CT技术能显示超越的结构和病灶检查能力，也不能取代PET、PET/CT或PET/MR，因为后者的作用远不仅仅是探查肿瘤病变。本文结果不能说明PET/MR或MR比PET/CT在检查肿瘤转移方面优越，仅仅提示PET/MR或MR能检出更多的远处病灶，全身PET/MR值得今后进一步研究。本组病例中，部分患者由机器人辅助完成PET/MR扫描。根据PET/CT相似原理，机器人辅助PET/MR能保持患者体位不动，连续完成MR和PET扫描，模型配准误差小(0.1~1.6 mm )。机器人辅助PET/MR同时克服了磁场干扰和衰减校正问题，商品化机型有望在临床推广应用。由于MR的软组织分辨率高和检测微小病灶的效果佳，这对PET的分辨率和PET/MR的图像配准融合精度要求更高，同时采集的高分辨率PET/MR是将来的一个发展方向[14]。(本文图1~2见封二，图3见附页1)
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