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1. PET成像原理 PET的全称是正电子发射断层显像仪（positron emission tomography，PET）[1, 2]。PET物理结构包括总体结构、探测器结构、PET环组合、扫描床、图像处理和各种必要的校正技术。 注射进入人体组织的正电子示踪剂发射出的正电子穿过人体组织时，在很短的距离内& #40;1-3mm& #41;与电子发生湮灭（annihilation）作用产生互成180°能量为511keV的 g 光子对（见图1-1）。据此，PET采用符合探测（coincidence detection, CD）技术进行数据采集和处理。 
正电子发生湮灭作用时产生的g光子同时击中探测器环上对称位置上的两个探测器。每个探测器接收到 g光子后产生一个定时脉冲并以列表方式（list mode）进行储存，然后分别输入到符合线路进行甄别。符合线路设置了一个时间窗（通常小于10ns& #41;，同时落入时间窗的定时脉冲被认为是同一个电子湮灭事件中产生的g光子对，从而被符合电路记录，这就是符合甄别的过程。符合时间窗可以排除很多散射和随机光子的进入，从而提高探测信号的信噪比[3，4]。 正负电子产生湮灭辐射生成的两个g光子，只有在两个探头所形成的立体角内才能被探测到，这种利用湮灭辐射和两个相对探讨来确定闪烁点位置的方法称为电子准直。电子准直是PET成像技术的一大特点，它省去了沉重的铅或钨制准直器，PET利用电子准直器极大地提高了探测的灵敏度和空间分辨率，就二维采集模式而言，灵敏度比单光子发射计算断层仪（single photon emission tomography, SPECT）高出10倍。 2. PET总体结构 PET总体结构包括探讨（晶体、光电倍增管、高压电源）、电子学线路、数据处理计算机、扫描机架、检查床等[5，6]。如图1-2所示。 
PET的探头（detector）是由若干探测器环排列组成，探测器环的多少决定了PET轴向视野的大小和层面的多少。PET的轴向视野（field of view, FOV）是指与探测器环平面垂直的PET长轴范围内可以探测真符合事件的最大长度。因此，PET探测器环数越多，探讨的轴向视野越大，一次扫描可以获得的断层面也越多。PET探测器由晶体、光电倍增管、高压电源和相关电子线路组成，将许多探测器按照一定排列次序紧密排列在探测器环周上。 电子线路的构成包括放大、甄别、采样保持、符合线路、模拟/数字变换、数据缓存、定位计算等。符合线路输出符合脉冲以控制模数转换器& #40;analog to digital converter, ADC& #41;，并计算定位地址X、Y，再将该地址数据缓存器，然后存入计算机，计算机以此为依据进行图像重建。传统PET需要进行二维采集（2D），配置栅隔（septa）。最新一代PET由于散射校正精度提高后均以三维采集（3D）为主，所以取消了栅隔。 3. PET探测器结构 PET探测器是PET设备的核心部分。PET探测器由晶体、光电转换器、放大和定位电子线路几个部分组成。探测器最前端的晶体通过光电藕合连接于光电转换器，再连接放大和定位电路。 & #40;1& #41;晶体：PET探测器常用的晶体有BGO、LSO、LYSO和LBS，其中LSO、LYSO和LBS晶体具有光子产额高和光子余晖（死时间）时间短, 特别是（一般小于40ns）能够使得PET探测器实现飞行时间技术& #40;time of flight, TOF& #41;特点，而被广泛用于PET探测器。TOF技术已经成为最新一代PET探测器的标志。 & #40;2& #41;光电转换器：光电转换器分为传统真空管的PMT和固相阵列光电转换器（Solid State Photomultiplier，SSPM& #41;（见图1-3）。前者已经被广泛用于PET和PET/CT设备，但是由于传统PMT含有真空管，不能用于一体化PET/MR设备中。在一体化PET/MR设备必须选择固相光电转换器。固相光电转换器又分为雪崩二极管& #40;Avalanche Photo Diode，APD& #41;和固相阵列式光电转换器& #40;Silicon Photomultiplier，SiPM）。APD由于时间分辨率极差、增益非常小和转化效率低下（见表1），特别是不能实现TOF技术已经被最先进的SiPM取代，SiPM也被称为全数字化固相阵列式光电转换器。SiPM技术已经成为一体化PET/MR设备中PET探测器光电转换器最佳选择。 
& #40;3& #41;信号放大和定位电路：g 射线与晶体作用产生荧光后，通过光电转换器转化成电信号，在输入到放大和定位电路。从光电转换器产生的电信号非常弱，需要经过放大后，才能进行精准的定位分析。经过定位电路处理后能够获得光子位置。
将晶体、光电转换器、放大和电子线路组件安装于有保护和光屏蔽作用的外壳内组成探测器（头）的一个组块（block）。将多个组块组合在一起构成PET探测器环的基本单元（module）。探测器整体性能由晶体材料、尺寸、排列组合和光电转换器类型所决定。 & #40;4& #41; 探测器性能和技术：PET探测器必须具有高探测效率、短的符合分辨率、高的空间分辨率、高的可靠性和稳定，以及TOF技术。最新的研究结果表明TOF技术不但能够提高PET图像对比度、提高对小病灶的检出率和降低注射剂量，而且在一体化PET/MR设备中发挥实现PET和MR真正同步扫描的作用。 4. PET校正技术 由于PET探测器中晶体和光电转换器的不一致性、放射性同位素的衰变、人体组织对同位素吸收、g射线探测随机误差、g射线吸收和散射误差等均影响PET图像的质量和定量，因此必须对上述影响因素进行校正。 符合线路探测的是同时发生的闪烁事件。正电子湮灭产生的光子达到对应的一对探测器并被记录的时间有微小的差异，这时间差异称为符合线路的分辨时间。探测器间的符合线路被设定一段时间范围，这种两个探测器的符合探测时间范围称为符合时间窗& #40;coincidence time window& #41;。在符合时间窗内进入两个探测器的光子被认为是来源于同一次湮灭，即真符合（见图1-4 a）。由于衰变的随机性质，有时，源于不同湮灭的光子对中的两个光子在符合时间窗内分别被不同位置的探测器接收并被误认为是同一湮灭光子对被记录。这种不是由湮灭作用产生的符合称为随机符合（见图1-4 b）。g 光子在飞行过程中还会产生康普顿散射，如果湮灭光子对中的一个光子与吸收物质作用，改变了电子动能的同时使 g 光子改变飞行方向，这样就有可能与另一正常飞行的g光子同时进入两个相对的探测器，并发生符合探测。这种符合称为散射符合（见图1-4 c）。湮灭作用后生成的两个g光子，如果一个被组织吸收只有另外一个到达探测器，那么也无法探测到真正湮灭作用的正电子核素（见图1-4d）。 
正是由于这些影响因素的存在，PET成像需要进行探测器灵敏度校正、放射性核素衰减校正、人体组织对g射线衰减校正、g射线随机符合校正、g射线散射校正和探测器死时间校正。 人体组织 g 射线衰减校正在PET、PET/CT和PET/MR设备完全不同。传统PET采用68Ge线源进行穿透扫描获得人体组织衰减系数图（attenuation coefficient map, µ-Map）然后进行校正；PET/CT设备采用CT进行穿透扫描依据不同组织的CT值计算人体组织衰减系数图对组织进行衰减校正（CT based attenuation correction, CTAC）; PET/MR设备中采用MR不同序列获得人体组织的气体、水、脂肪、软组织和骨骼计算人体组织衰减系数图对人体组织进行衰减校正（MR based attenuation correction, MRAC）。
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