随着对磁场不敏感的“硅光电倍增管(siliconphotomultiplier，SIPM)”的研发，复合型影像设备技术飞速兴起，GE公司一体化PET/MR机器的成功问世。将整体进行静磁场、射频和r射线屏蔽且具有TOF技术的PET探测器置入到磁共振扫描系统中，使其使用同一呼吸、心电和指脉门控等信号，保证一次扫描即可在时间、空间上真正实现解剖结构、功能、分子生化代谢的精确配准融合;这种实时、高分辨率、多参数的独特优势，为精准医学提供了利器，为研究中枢神经系统提供新方法。

1.PET/MR在神经系统的临床应用优势

        18F-FDG-PET葡萄糖代谢脑扫描检查最短的采集时是10～15min，而18F-FET脑扫描检查最短的采集时是20min;PET在进行脑血流量、脑血容量检查时耗时较短，而在进行定量检查如进行代谢、分子或功能检查时均耗时较长，因此在采集PET数据的期间可以进行多个MRI序列的扫描，准确的把功能定量的PET信息与MRI的解剖结构相结合。

        1.1工作流程优势

        在临床应用中，一体化设备同时进行多项无创检查，减少了患者到影像科的检查次数，减少了全部检查时间，显著提高患者的舒适度，甚至缩短了患者住院周期，减少医保开支，提高利用率。

        1.2临床诊断优势

        精确配准融合图像后，高分辨率的MRI图像为PET显像提供了可靠的解剖信息，摆脱了部分容积效应的干扰，优化数据校正运动或变形导致的伪影，准确定义感兴趣区内的代谢变化、递质浓度的变化、酶表达变化等方面尤为重要。

        1.2.1在脑血管病中的应用

        通过动态注射18F-FDG示踪剂的一体化PET/MR成像，一次检查即可无创、同步精确配准PET和MR图像获得动脉输入函数(arterialinputfunction，AIF)以计算脑血流量(cerebralbloodflow，CBF)，获得脑血流量、氧利用率、葡萄糖代谢变化等信息，对急性期脑梗死进行绝对定量CBF研究，结合DWI序列准确判断缺血半暗带范围，对指导临床治疗决策有重要意义。还可以探测缺血组织内的无氧酵解、识别缺血组织内神经炎症的损害以及对修复过程的影响。

        目前，对鉴别脑梗死或脑出血的可疑脑血管病或卒中患者来说，PET/MR不是常规首选检查，因为患者需要快速诊断，而PET示踪剂在脑中达到稳态时，一般需要大于30min的摄取时间，如果安排不合理将会严重耽误患者的黄金抢救时间。未来，希望通过一次检查获得急性脑卒中患者的脑缺血病理生理包括脑血流量、灌注、血管状态、组织含水量、代谢和受体活性的全部变化信息，以便对治疗决策、康复方案进行综合评估。

        1.2.2在胶质瘤中的应用

        由于肿瘤组织对示踪剂的摄取与血-脑屏障完整性无关，因此弥补了MRI对脑肿瘤诊断的局限性，使PET/MR在空间上精准定位病灶，为胶质瘤患者的术前评估，术前诊断性穿刺、精准手术治疗、术后鉴别放射性坏死以及肿瘤复发等方面提供了重要价值。PET/MR软组织分辨率高，利用18F-FET和DWI序列结合对于胶质瘤的早期分级，敏感度达86%，特异性达100%。

        对于组织成分复杂的病变，明确显示肿瘤内高活度摄取的部位，明确界定病灶边界，精确手术方案切除病灶，保留肿瘤周边的重要神经功能区域;通过检测肿瘤形态学和功能变化，明确胶质瘤浸润的范围，界定术后的放化疗范围;与肿瘤病理相结合，预测分子生物学特性，为深入研究胶质瘤的血管生成机制打下基础;PET/MR比PET/CT的辐射剂量显著降低，更加适用于儿童胶质瘤的诊断和随访。

        1.2.3在脑转移瘤中的应用

        一体化PET/MR的多种成像和PET信息，能早期发现脑转移瘤的位置、大小及其对邻近脑组织的压迫程度;全身扫描可发现原发病灶。这种早期发现脑转移瘤的技术对恶性肿瘤的临床分期、治疗方案的制定、患者的预后十分重要。由于一体化PET/MR18F-FDGPET受背景干扰、分辨率低等原因，对非小细胞肺癌患者进行分期检查时难以发现<5mm的小病灶。新型特异性示踪剂的应用，将进一步提高脑转移瘤的诊断和治疗价值。

        1.2.4在脑退行性疾病中的应用

        目前一体化PET/MR在阿尔茨海默病(Alzheimerdisease，AD)、帕金森病(parkinsondisease，PD)的研究尚处于起始阶段。同步融合PET与静息态fMRI、DTI等图像，分析AD脑血流量、葡萄糖代谢、AB蛋白沉积、tau蛋白沉积和解剖异常之间的相关性，显示AD患者皮层可见AB蛋白沉积、AD患者海马和楔前叶功能连接降低，而葡萄糖代谢中海马代谢增高，楔前叶代谢减低，进一步验证AD患者失连接的假说。

        而帕金森病(parkinsondisease，PD)的研究中，PET新型示踪剂和MRI功能成像的结合，对PD的诊断至关重要;Choi等利用18F-FP-CITPET/MR显像研究PD患者脑灰质改变与纹状体多巴胺能功能减退之间的相关性，结果显示枕叶皮层纹状体多巴胺转运体的结合率与灰质密度呈负相关，在小脑、海马旁回和额叶皮层呈正相关。

        1.2.5在癫痫中的应用

        20%的难治性癫痫患者、局灶性皮质发育不良(focalcorticaldysplasia，FCD)Ⅰ型患者，很难在MRI发现病灶;而一体化PET/MR融合技术对这些癫痫患者可以精确定位语言区、精确定位MRI正常而PET为低代谢脑区的致痫灶，明确致痫灶对语言区的影响，指导手术治疗，其中87%的癫痫患者术后不在复发。

        对于年纪较小、难以安静平躺配合的患者，这种检查技术还可以减少镇静次数及麻醉剂的用量。目前在癫痫的研究中，均为小样本数据，仍需大样本量研究评估其临床效益。

2.PET/MR在神经系统的方法学和科研优势

        2.1部分容积校正

        由于PET信号受脑实质体积的影响，特别是伴有脑萎缩疾病的数据，为提高定量结果的准确性，使用MRI的解剖信息对PET图像进行部分容积校正对诊断至关重要。利用PET/MR评估局部脑组织18F-FDG葡萄糖代谢、11C-PIB的淀粉样蛋白成像中发现脑灰质萎缩导致18F-FDG葡萄糖低代谢数值被高估;11C-PIB淀粉样蛋白示踪剂高摄取数值被低估。

        2.2运动校正

        对神经系统疾病患者，尤其痴呆、帕金森病或儿童，一体化PET/MR技术能够通过MRI扫描中检测PET扫描期间患者的头部运动情况，并在检查结束后对PET数据进行运动校正，有助于最大程度优化PET的图像质量。

        2.3动态数据建模

        动态高分辨MRI扫描数据有助于对PET参数进行定量分析，如利用灌注加权成像PWI的血流动力学函数用于PET(FDG、FLT)的代谢分析或评估示踪剂或标记药物在脑组织不同区域的动力学分布。在急性缺血性脑卒中的患者，通常使用灌注延迟表示缺血半暗带的血流情况，但PWI反映组织的灌注，并非真正的脑组织血流，同步采集PET和MRI参数，能够提高诊断的准确性。

        通过MRI-TOF时间飞跃血管成像技术定义血管感兴趣区，从而观察PET示踪剂在脑内的动态分布变化，有可能取代受体显像研究中有创的动脉输入功能检测方法。此外MRA可以显示缺血病灶的责任血管，和PET相结合能够提供再通血管的血流量和脑组织代谢信息。在脑肿瘤中联合应用PET和MRI，能够通过局部血脑屏障破坏和灌注情况对PET示踪剂的摄取进行校正，并且通过血管渗透性改变监测抗血管生成治疗的疗效。

        一体化PET/MR数据可用于新技术的开发和验证。15O-H2OPET可以验证MRI-ASL的脑血流信息;对PET新型氧利用率示踪剂17O与15O在脑氧代谢率进行比较;PWI灌注异常、MRA异常的血管病变与18F-MISO-PET低氧指标的相关性;15O-PET对MRI-ASL动脉自旋标记定量检测耗氧量新技术进行验证。

        2.4监测脑代谢过程

        18F-FDG作为应用最广泛的PET示踪剂，常规用于测量脑内葡萄糖的代谢，但由于FDG代谢在三羧酸循环中停留在FDG-6-磷酸，因此仅能对糖酵解过程进行定量分析;而三羧酸循环的底物即乳酸和丙酮酸盐，MRS可对其进行成像，因此MRS与PET的代谢信息可以互补，从而对脑肿瘤葡萄糖代谢的不同阶段进行研究;MRS显示的胆碱信息、PET的11C-或18F-胆碱代谢相结合，有助于研究脑肿瘤的细胞膜特征。MRI与PET多巴胺类示踪剂代谢相结合，可发现脑内受体结合情况及神经元激活所需能量增加的情况。

        2.5脑功能方面

        综合评估PET的神经化学改变和BOLD-fMRI的局部脑区激活是PET/MR的重要科研价值。学习运动技能时BOLD-MRI显示局部神经元激活，同时PET显示多巴胺受体的配体移位。PET-阿片受体研究发现当药物或内源性内啡肽释放时，局部脑区被激活。由于一体化同步采集图像，避免了患者对刺激的适应性、情绪变化、激素变化及是否清醒状态等因素对多模态成像的质量的影响。一体化PET/MR将为功能网络的分析和评价药物与行为相互作用带来崭新的应用前景。

3.PET/MR转化研究

        3.1分子、基因治疗肿瘤方面

        一体化PET/MR可用于研究转染基因的表达及其对肿瘤代谢、生长的影响。将目标基因以不同载体转染至特定的细胞，诱导外源性酶的表达，提高特异性药物对诱导转染细胞的敏感性，更易结合转化为有细胞毒性的化合物。例如使用携带单纯疱疹病毒胸苷激酶基因的噬菌体转染肿瘤细胞，使肿瘤细胞对更昔洛韦药物易感，达到治疗肿瘤的目的，这种方法可应用于实验性治疗胶质母细胞瘤。

        3.2胚胎干细胞移植方面

        一体化PET/MR能够显示移植细胞的活性、分化及其对神经网络的影响，使依赖胚胎移植治疗脑疾病成为可能。由于PET/MR可显示多巴胺细胞的增殖、分化及特异性多巴胺转运配体情况，当运用胚胎干细胞治疗纹状体脑疾病时，一旦移植细胞恢复纹状体功能，将会释放多巴胺引起苯丙胺应答反应，引起rCBV增高。对缺血性脑卒中患者，使用具有氧化铁颗粒23标记的移植干细胞治疗脑疾病，MRI可以显示细胞迁移至损伤的脑组织周围，PET能够显示细胞活性和功能网络重组。

4.总结

        一体化TOF-PET/MR不同指标之间的病理生理变化，提高了我们对大脑生理功能变化的理解，为临床评估脑疾病提供了新方法，明显提高影像诊断水平，并使影像诊断向病理诊断过渡，一体化技术将最终促使一种新的诊断报告模式的形成。

        来源：马璐,杨斌,张龙江,刁强,卢光明,郑玲.一体化TOF-PET/MR在神经系统的研究进展[J].医学影像学杂志,2021(09):1583-1585.