木欣欣以向荣 —— 分子影像设备发展历程

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                    <p><strong><span><p><img src="image/20201014/4f8e9d1525f9f9c7fb397354c9fe2d88_1.gif" /></p><br  /></span></strong></p><p><strong><span>中国核医学2016年学术活动&amp;中国核医学60周年纪念活动于5月21日在西安热烈召开，核医学人相聚一堂，庆祝无数核医学前辈不断拼搏所开创的这一片天地，同时汇智创新、展望更加开阔的未来！我们借此机会，来回顾一下分子影像（核医学显像）设备的发展历程。临床需求与设备发展是相互驱动的一对齿轮，从分子影像设备发展历程中可以看到，核医学正在向纵深发展，给临床带来的帮助越来越大。</span></strong></p><p><strong><span></span></strong></p><p><strong><span>&nbsp;</span></strong></p><p><strong><span>一、国际分子影像设备的发展</span></strong></p><p><span>核医学是一种利用标记有放射性核素的药物诊断和治疗疾病的科学，是医学现代化的产物，是核技术在医学领域的应用科学，同时综合了物理、化学、电子学和计算机技术、核技术、以及生物学，是一个发展十分迅速的新兴学科。核医学的发展始终伴随着科技发展的脚步，其在临床</span><span>应用中越来越多。</span></p><p><span>分子影像（核医学显像）设备可以追溯到</span><span>50年代初，自1951年Cassen研制成功第一台闪烁扫描机，揭开了核医学临床诊断的序幕；1957年Anger的γ照相机，将静态显像带入了动态世界；到了60年代，Kuhl发明双探头单光子发射断层扫描仪，将核医学由平面推入断层时代，克服了平面显像器官、组织重叠所导致的小病灶掩盖问题。而70~80年代，由于BGO晶体和18F-FDG的发现，正电子显像技术和应用的齐头并进。到了上世纪末，由LSO引领了第二次晶体革命，相比BGO晶体，LSO晶体更短的余晖时间，更高的光输出量，带来了更快速更优质的PET显像；这也是为什么在2003年6月在美国第50届核医学年会上，享有“核医学之父”之称的Wagner教授将核医学的“奥斯卡奖”——《年度最佳图像奖》授予了基于LSO 晶体的PET/CT扫描全身图像：表彰快速晶体技术为PET扫描带来的无穷潜力。到了2000年，西门子公司率先将PET扫描仪和CT扫描仪的结合，开启了全新的多模态影像，并从PET/CT延伸到SPECT/CT和PET/MR。多模态影像将功能显像与形态学显像的优势进行了优化的组合，使核医学的定性诊断水平达到崭新的高度。现在，精准定量成为当下的热点和设备发展趋势，临床工作者更迫切的需求客观的数据来做出更好的疾病评估，这也是PET实体瘤评价体系和定量SPECT设备诞生的基础。</span><span><p><img src="image/20201014/b741ead258dfc0163bd04a7537a7664d_2.jpg" /></p><br  /></span></p><p><span>随着基因组学的发展，小动物在现代分子生物学实验中日趋重要。高分辨率小动物</span><span>显像技术的</span><span>出现，成为分子显像的重要工具。</span><span>小动物显像系统也经历了由单模态向多模态发展的过程，商业小动物</span><span>PET最早出现在2000年，2006年多学科小动物显像系统问世：具有PET、SPECT、CT三个显像模块，最高配置至PET/SPECT/CT三合一显像系统。2015年小动物PET/MR问世。</span><span>小动物</span><span>分子影像</span><span>系统具有功能图像和解剖图像同机融合的特点，利用新型动物模型和成像方法可获得活体动物更为准确的生理学和病理学信息，可以进行肿瘤</span><span>代谢显像、受体显像、基因表达显像等</span><span>。利用该系统可评价核素标记的药物、材料等在活体动物体内的代谢动力学和生物分布，研究药物或材料的分子靶向和作用机制，监测和追踪药物或材料的靶向效果，评价药物的治疗效果等，以及评价药物或材料的毒性和安全性。</span><span>小动物分子影像系统的出现， 加速了临床前的研究向临床转化。</span><span><br  />&nbsp;<br  /></span></p><p><strong><span>二、中国分子影像设备的发展</span></strong></p><p><span>早在</span><span>1958年，我国就建立了第一个临床核医学科。通过国内外密切的交流合作，加速的我国核医学的发展。其中最具有历史意义的，莫过于1979年，“核医学之父“Wagner教授，他将单光子扫描仪设备（nuclear&nbsp; stethoscope）和第一台钼锝发生器（technetium-99mgenerator）带到了中国，实现了中国核医学临床应用从量变到质变的巨大突破。</span></p><p><span>1983年，我国引进第一台SPECT。之后，单光子设备在临床普及，逐渐取代早期的闪烁扫描仪和</span><span>γ照相机：全身骨扫描、肾功能、甲状腺扫描及心肌灌注显像成为核医学四架马车，并为临床所广泛认可</span><span>。从上世纪</span><span>80年代一直到21世纪，期间不少的知名进口厂商和产品活跃在我国核医学显像设备市场中，例如：德国西门子公司，美国通用电气，以色列的Eliscent，法国的Sopha，美国的Picker，Marconi，ADAC，以及通过收购重组而来的荷兰皇家飞利浦公司。产品也是从最早的圆形探头到方形，从模拟探头到数字探头，从单探头到双探头（期间出现过三探头SPECT、符合线路SPECT以及带小电流管球CT的SPECT等过度产品），从封闭式机架到开放式机架。到目前历经风雨依然活跃在中国市场的进口厂家有GE（通用电气），Philips（飞利浦）已经Siemens（西门子），被业界戏称为GPS。</span></p><p><span>2000年初，SPECT影像诊断的发展迎来新的契机。SPECT功能影像特色突出，但其有限的定位信息使得SPECT临床诊断受到一定程度限制，由此市场上出现两种融合影像的技术，一种是异机图像融合技术：通过软件将CT和MR等解剖影像与SPECT功能影像融合；另一种是同机图像融合技术：SPECT同机配置了小电流球管（2.5mA齿科球管），可以同机提供简单的衰减校正和粗略的解剖定位。两种不同的影像融合技术虽然在技术原理上大为不同，但都在极大程度上弥补了SPECT单一功能影像定位信息的不足，是在特定的阶段的重要技术进展，同时也为诊断级SPECT/CT技术和设备的发展奠定了基础。2004年，诊断级SPECT/CT初次进入国内。由于配置了亚秒级多层螺旋CT，诊断级SPECT/CT同机配置的CT可以对核医学图像进行精确的衰减校正，同时也为核医学图像提供清晰的解剖学信息。至此，SPECT显像真正意义进入多模式时代，临床工作者不但在得到了同机的多模态图像外，同时，利用诊断级CT，核医学科的工作进一步扩展，粒子植入、放疗定位的工作相继在核医学科开展起来。异机图像融合技术也进一步发展，高端CT、MR、DSA等图像在今日的软件技术上实现与核医学影像的高级融合，进一步提升临床疾病诊断的置信度。</span></p><p><span>另外，作为核医学重要组成部分的心脏核医学，中华核医学学会不留余力地在推广，针对心脏成像的设备也不断在发展进步。心脏核医学显像设备主要有两种：以通用机为基础的心脏专用显像技术和心脏专用机，这两种显像设备都将心脏扫描的时间缩短到</span><span>5分钟以内。以通用机为基础的心脏显像技术，IQ SPECT于2010年进入国内，截止目前已有多家高端医院开展相关应用；心脏专用机方面，采用全新CZT为基础的心脏专用SPECT，于2015年进入国内。</span></p><p><span>2015年，具备精准定量功能的SPECT/CT进入中国，继PET/CT 之后，实现了SPECT/CT 可重复的量化诊断。采用全新的数据采集模式、创新的图像处理、革新的重建方法以及精确的质控方法，前所未有的SPECT SUV精确定量功能得以实现。全新的定量SPECT，给临床和科研带来巨大潜力。</span><span><p><img src="image/20201014/998084ba316c9cff1bb2d8d6bbe8272f_3.jpg" /></p><br  /></span></p><p><span>在正电子显像方面，</span><span>1995年，第一台正电子断层显像设备进入中国，标志着正电子显像在国内正式开展。PET设备的引进，为中国核医学事业的推进做出了不可磨灭的贡献；七年后，也就是2002年，第一台PET/CT落户我国，这无疑是我国多模态影像学的开端，PET/CT的应用，不仅明显缩短了全身扫描时间，获得了更优异的PET图像；同时使用同机配准的CT图像，融合PET/CT图像让临床的解读更加精确和富有信心。同时期，PET晶体二次革命，以LSO为基础的PET/CT也在这段时间被引入中国市场。全新的LSO晶体，能满足临床对于“高速度和高质量”双重高要求。而在科研方面，长期以来，短半衰期药物难以应用于PET肿瘤全身显像。随着快晶体LSO (LySO) 的商用机型问世，很好地解决了设备对于短半衰期药物扫描速度的应用瓶颈，使得更多地短半衰期标记新型示踪剂被投入临床应用和研究。之后配置高端CT的PET/CT、大孔径大视野、高清、超高清显像等，都是PET设备的技术发展，这边由于篇幅的关系，不再一一赘述。</span></p><p><span>2015年，卫计委PET/CT集中采购引进了Flow PET，这标志着跨时代的重大技术突破——连续进床扫描PET技术进入中国。传统PET扫描按照床位序列进行，数据采集与病床运动交替进行，规划和扫描一直受探测器阵列的固定大小的限制。连续进场扫描PET技术突破步进式扫描的局限性，可基于器官或病灶的具体情况定制扫描计划，真正实现了个性化的扫描。“患者为本”的PET/CT成像技术，将PET/CT临床应用带入全新的时代。</span><span><p><img src="image/20201014/c63db69a5df62587c9d11401aca6efbd_4.jpg" /></p><br  /></span></p><p><span>一体化</span><span>PET/MR也在2010年问世，并于次年进入中国市场并落户北京301医院，而北京301医院无疑为PET/MR在临床中的应用指导做出了杰出的贡献。这两年，一些医院陆续采购了一体化PET/MR设备。PET-MR兼备MR高空间分辨率和高组织分辨度的特点，与PET的高探测灵敏度和高示踪特异性相结合，为临床诊断准确性的提高贡献强大的支持。</span></p><p><span>小动物显像设备方面，首台小动物</span><span>PET于2000年初引入国内。小动物显像大规模的应用在2006年之后，全新的多学科小动物显像设备开始进入中国，<span>一体化</span>小动物PET/CT、SPECT/CT、PET/SPECT/CT等陆续在国内安装应用。2015年，首台<span>一体化</span>小动物PET/MR在国内完成采购、准备安装。小动物显像设备的开展应用，标准我国分子影像临床前的研究进入一个全新的时代。</span></p><p><span>&nbsp;</span></p><p><strong><span>三、展望未来</span></strong></p><p><span>核医学是一门正在逐步走向成熟的年轻学科，科技不断革新进步，设备推陈出新是历史发展的必然规律，科学的发展就是在不断的探索和激烈的竞争中向前迈进。中国核医学，经历了从无到有，从追赶到共进：到今天，国内共有</span><span>800多家医院有核医学科，近800多台SPECT及SPECT/CT设备，300多台PET及PET/CT设备，另有PET/MR设备和心脏专用扫描仪等，全面覆盖PET显像、SPECT显像以及各种尖端应用。令人欣喜的是：优秀的民族设备制造企业的正在崛起，他们积极参与核医学设备的研发；与此同时，国外的先进技术实现了同步化引进国内，让创新的设备与应用助力中国核医学的发展。</span></p><p><span>引用核医学权威期刊</span><span>JNM和EJNMMI的两篇综述性文章所共同写到的一句话：通过我们不懈的努力，今天，分子影像为临床服务的新时代已经到来。这真是一个令人兴奋又激动的时代！我们也许可以期待更多。</span><span><p><img src="image/20201014/918aceeae241c38992cc3a6c1c82833b_5.jpg" /></p><br  /></span></p>