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一体化双模式PET/MR分子成像设备与现有的双模式PET/CT和SPECT/CT在结构、成像原理和应用具有本质不同。相比较之下，一体化PET/MR独特优势不但是能够实现PET与MR设备以等中心、相同容积并在同一瞬间进行同步扫描，而且为患者节省检查时间并显著提高医生临床工作的效率。随着对一体化PET/MR在临床前期研究和临床应用的深入，如何充分发挥一体化PET/MR分子成像设备真正同步扫描在临床前期研究和临床诊断的作用已经成为学者们关注的热点。一体化PET/MR要实现PET与MR同步扫描，其对PET、MRI在硬件和数据处理方面均有特殊的要求。一体化、带有TOF技术的PET/MR是能够实现真正PET与MR同步扫描分子成像的典范（又被称为TOF-PET/MR）。为此，本文就一体化PET/MR进行真正同步扫描概念、采用的技术和临床应用作简要的介绍。
1、一体化PET/MR实现PET与MR真正同步扫描对硬件要求 一体化PET/MR要实现PET与MR真正的同步扫描对PET和MRI各自的硬件都有特殊的要求，这就是PET必须具有飞行时间技术(time of flight, TOF)，MR必须具有最佳的磁场均匀度和静音扫描（Zero TE，ZTE）技术。 （1）PET必须具有TOF技术。PET的TOF技术在一体化PET/MR设备同步扫描中发挥两个重要的作用，具体表现在： 1）PET的TOF技术能够实现在18秒内完成一个床位扫描。在进行局部或全身扫描过程，无论是否带有呼吸门控技术，一体化PET/MR每个床位扫描的时间在3分钟左右，而且在3分钟左右要完成4个MR序列（MR based attenuation correction（MRAC）、T1、T2和diffusion weighted imaging （DWI））扫描。其中最快的扫描序列在18~30秒完成扫描。PET的TOF技术能够提高PET图像对比度、降低正电子示踪剂注射剂量或提高扫描速度发挥重要的作用。如果要求在20秒左右获得高质量临床图像，那么也就只有带有TOF技术的PET才能达到这一点。 2）PET的TOF技术确保PET与MRI实现同步扫描。在一体化PET/MR设备中TOF技术具有消除“热器官”征象和“正电子穿透效应”伪影的独特作用。如果PET没有带TOF技术，那么获得同步扫描图像中将带有大量PET图像伪影，失去临床诊断的实际价值，即失去进行PET与MR同步扫描意义。所以，PET的TOF技术是确保PET与MRI进行同步扫描技术的基础。 （2）MRI必须具有最先进的技术。在一体化PET/MR设备中，MRI必须具有极高的磁场均匀性和ZTE静音扫描技术，其中前者以完成精准图像定量功能，后者可以获得高质量的骨骼皮质和肺解剖结构成像（利用零回波间隔采集技术实现传统磁共振成像的盲区），并能杜绝梯度噪声、实现完美的静音扫描。GE 公司推出的一体化Signa PET/MR 是以最新一代具备静音功能的磁共振作为硬件平台，其ZTE静音扫描技术基于3D螺旋K空间填充方式，结合微动梯度编码及超快速瞬切射频技术实现零回波信号采集，不仅实现了静音模式采集图像，更重要是由于TE趋近于零，能够对短T2物质如骨皮质、肺等组织进行成功地显像，更好的用于PET图像组织衰减校正问题的解决。 （3）一体化PET/MR设备对MRI扫描序列的要求。PET图像具有两个特点，这就是①精准定量；②3D扫描模式。精准定量要求MRI扫描序列优先选择具有精准定量化的扫描序列或技术，比如：3D准连续式动脉自旋标记技术（arterial spin labeling, ASL）、精准脂肪定量技术IDEAL IQ技术和弥散加权成像（ DWI）技术等。PET的扫描是采用3D模式，这也要求MRI扫描需要以采集3D模式的序列为基础，比如：BRAVO、LAVA-Flex、3D MRA序列以及能实现ZTE静音扫描的常规解剖序列和血管成像序列， 这样MR图像才能实现与PET图像最完美的图像配准和融合。
2、一体化PET/MR实现同步扫描对扫描获得数据需要再处理 一体化PET/MR要实现真正同步扫描，不但在硬件具有特殊的要求，而且在扫描结束后还需要进行精准的图像后处理。图1是一体化PET/MR分子成像设备进行脑局部扫描MRI的序列、PET图像扫描模式。脑扫描共8分钟，在8分钟内PET一直采用表模式（List Model）进行连续采集，同时MRI完成采用MR进行衰减校正序列 MRAC、T1 FLAIR、T2 FLAIR、T2、DWI和3D ASL扫描。 如果用8分钟连续扫描的PET图像与MRI任何一个序列进行融合或配准后进行对比研究都不是真正意义上的PET与MRI同步扫描。 图2是将图1所示一体化PET/MR分子成像设备中PET采用List Model扫描图像进行处理，重建出与MRI每一个序列在同一瞬间扫描的PET图像。从图2可以清晰地看出，实际上MRAC所对应的PET扫描时间最短，仅仅是18秒。T1 FLAIR对应PET采集时间是1分钟。先不考虑“热器官”和“正电子穿透效应”的伪影，仅仅从扫描时间上来看，要在1分钟内获得具有科研价值或临床诊断价值的PET图像，那么没有TOF技术是绝对不行的。假如要进行脑功能的研究，获得与MRI血氧水平依赖效应（Blood Oxygenation Level Dependent effect, BOLD）在同一瞬间的PET图像，那么就需要在2~5秒PET图像，如果没有PET的TOF技术进行脑科学的研究就成为真正的“天方夜谭”了！ 将PET的List Model扫描模式数据经过处理重建出与MRI序列在同一瞬间扫描后，就实现了同步扫描。GE TOF-PET/MR设备中PET的List Model可以连续扫描到720分钟，以满足药代和药效动力学研究。
3、一体化TOF-PET/MR同步扫描技术应用 一体化TOF-PET/MR分子成像设备在基础研究、精准医学和临床应用具有重要的价值。 （1）基础研究（临床前期研究） 一体化PET/MR分子成像设备开启影像组学研究的新纪元。只有采用一体化TOF-PET/MR可以在同一瞬间获得组织细胞血流灌注与代谢、糖代谢与脂肪代谢、糖代谢与氨基酸（蛋白质）代谢、蛋白质代谢与基因表达等的数据。这样就可以-将这些数据结合起来进行影像组学的研究，推动精准医学发展。 1）脑科学研究 脑科学已经成为本世纪最受关注的研究课题，而先前获得脑科学研究的数据都是在不同时间取得的（分体设备进行研究），这样无法了解脑功能与脑血流、代谢之间真实的关系。通过一体化TOF-PET/MR能够揭示脑功能奥秘，为脑科学研究建立一个全新的平台。 2）新药开发 一体化、带有TOF技术的PET/MR分子成像设备是在活体进行分子靶向药物研究锐器。使用TOF-PET/MR能够方便获得分子靶向药物的药代动力学和药效动力学数据，通过她可以直接将动物研究的成果推向临床前期研究，加速新药开发的速度。 3）MRI序列分子生物学机理研究 目前，MRI许多成像序列生物学机理并不清楚。采用TOF-PET/MR分子成像设备和分子影像技术就能够对MRI成像序列进行深入的分子生物学研究。比如：对水通道蛋白、甘油通道蛋白、质子受体等研究、进一步了解DWI和MRI PH成像生物学过程。这些对于推动MRI分子成像技术发展具有重要的意义。 （2）临床应用 迄今，已经有超过50篇TOF-PET/MR技术和临床应用的研究成果发表。这些研究成果极大推动一体化TOF-PET/MR在神经系统、肿瘤和心血管疾病临床应用。一体化TOF-PET/MR在临床中发挥的作用正在逐步显现出来，相信她不但能够提供具有独特临床价值图像信息，而且能够显著提高临床工作的效率。 |
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