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1. PET/MR介绍 PET/MR是在PET、PET/CT和MR成像技术基础上发展起来的最先进分子影像设备，目前已经被用于临床前期研究和临床分子影像成像的设备。它在临床的成功应用对医学影像具有划时代的意义。 PET从它诞生到成熟应用，经历了漫长的半个世纪。PET用短半衰期放射性核素，如：11C、13N、15O和18F等标记的示踪剂可直接参与人体生物代谢，在神经系统、肿瘤和心血管系统等领域的临床诊断中，PET展现出无法替代的优点。 尽管PET有很多自身特有的优点，依靠PET单模式获得的影像信息确实可以观察疾病的病理生理过程，但是最终还是必须依据多模式影像信息才能提供较为可靠的临床诊断。大多数情况下不同模式成像是在不同时间、不同地点在不同影像设备上完成的。即使两种不同模式扫描的时间间隔很短，但是因为不同时间扫描的摆位和体内器官位移的差异，以及不同扫描模式的图像分辨率、成像矩阵和图像重建参数的不同，对两种不同扫描图像的精确配准十分复杂。为此，人们从多模式影像的软件融合转而寻求通过硬件平台达到理想的融合，把两种或多种模式扫描置于同一台设备，实现同时或顺序进行不同种类扫描而不改变受检者的体位。这种同机融合技术从根本上避免了不同模式成像时患者体位的差异，也使体内活体器官运动带来的位置差异减到最小。第一台商品化设计是GE公司的Hawkeye，它由一台低电流x线CT和一台高性能、具有符合功能的SPECT组装在一起，共用一个检查床，并共用一台工作站。Hawkeye的诞生开创解剖、功能和代谢分子成像的新时代。根据相同设计理念，1991年推出了第一台把PET和CT组装在一起的复合设备，直到1998年PET/CT样机方才面世，又花费三年时间进行改进，2001年PET/CT进入临床应用。但是，PET/CT是序列化扫描的多模式分子成像设备，先进行CT的定位和CT螺旋扫描，然后进行PET扫描。PET/CT分子成像设备中的PET和CT并没有实现CT与PET同步扫描& #40;属于顺序扫描模式& #41;，并且PET/CT设备中PET使用正电子示踪剂和CT使用的X线均对人体组织细胞具有电离辐射作用。为此，在PET/CT设备的基础上西门子公司于2011年推出商品化的第一代一体化PET/MR。迄今，一体化PET/MR分子成像设备已经发展到第三代。第三代PET/MR能够获得同步获得PET和MR在同一中心、同一体积和同一时间的影像，实现真正意义的PET和MR的同步扫描（simultaneous scanning）技术。 第一代一体化PET/MR分子成像设备实现了PET与MR一体化，但是PET探测器无TOF技术，也未对PET探测器进行很好的屏蔽。在第一代PET/MR设备基础上，西门子于2013年推出第二代PET/MR，除对重建算法进行改进，但是PET和MR硬件无明显变化。GE公司于2014年推出一体化具有TOF技术的PET/MR。第三代一体化具有TOF技术PET/MR与第一代、第二相比较PET的TOF技术极大地提高了PET图像质量、扫描速度，并且真正实现PET与MR设备之间的同步扫描。 第一代、第二代一体化PET/MR技术已经被第三代取代，第三代一体化PET/MR分子成像设备代表PET/MR技术发展方向，本书中主要介绍第三代一体化具有TOF技术、真正同步扫描的PET/MR分子成像设备的成像技术。 2. PET/MR总体结构 PET/MR是以具有最新技术的MR整体设备为基础，将同时具有磁兼容性和TOF技术的PET探测器环与MR设备中的体线圈（body coil）有机整合在一起，即具有保留MR全部性能和先进的功能，又实现PET所有功能的最先进临床分子成像设备。 PET/MR总体结构包括磁体、梯度线圈、与体线圈整合在一起的具有TOF技术的PET探测器环、电子学线路、数据处理、扫描机架、冷却系统、同步扫描床等，如图1-8所示。具有TOF技术的PET探测器和MR信号传输均采用光纤技术以加速数据传输，并且提高信噪比。为了将PET与MR之间的电、磁干扰降到最低程度，需要对PET探测器进行静磁场屏蔽、射频& #40;radio frequency, RF& #41;屏蔽和 g 射线屏蔽，以实现PET与MR设备进行同步扫描功能。图1-9所示是PET探测器环与MR体线圈整合在一起结构。GE静音磁共振的孔径是70cm，PET探测器高度是5cm，将PET探测器与MR体线圈整合后，一体化PET/MR孔径从70cm变为60cm。
图1-9 PET探测器环与MR体线圈整合结构 3. PET/MR中PET探测器结构 尽管PET/MR设备中PET探测器成像机理与传统PET、PET/CT中PET相同，但是其结构存在本质不同。PET探测器由LBS晶体、SiPM和后续电子线路组成。SiPM不但具有很好的磁兼容性，而且能够实现TOF技术。将LBS晶体（6´9阵列）与SiPM（4´4阵列）组合在一起后组成一个探测器块，然后由5个block组成一个module。由module构成一个PET探测器环。PET探测器环轴向视野25cm。 
4. PET/MR校正技术 一体化具有TOF技术的PET/MR设备中对PET探测器进行灵敏度校正、放射性核素衰减校正、和探测器死时间校正与传统的PET和PET/CT类似。但是，对人体组织对g射线衰减校正、g射线随机符合校正和g射线散射校正采用将MR信号与PET未进行衰减校正（no attenuation correction, NAC）图像信息相结合的技术。由MR序列获得人体组织的水、气体、软组织、脂肪组织和骨骼信息，再结合PET的NAC恢复人体轮廓后获得MRAC衰减校正图& #40;MRACmap& #41;。图1-10所示分别为头颅和全身MRAC衰减校正图的冠状面、矢状面示意图。 
静音MR技术对于获得骨骼结构至关重要。骨骼皮质密度几乎是骨骼平均密度的3倍，只有获得谷歌皮质结构才能实现精准MRAC。传统上的采用超短回波（Ultrashort Echo Time ,UTE）技术能够获得骨骼结构，但是无法获得骨皮质的结构。静音MR的零回波（Zero Echo Time, ZTE）技术能够精准获得骨皮质的解剖结构，为实现精准的MRAC奠定基础。 5. PET/MR中PET的TOF技术重要性 PET的TOF技术不但具有学术界普遍公认的提高PET图像对比度、PET图像质量、提高扫描速度或降低正电子示踪剂注射剂量外，在一体化PET/MR设备中还具有更重要的作用。最新研究发现TOF技术还能够消除PET于MR之间干扰实现PET于MR真正同步扫描，降低空腔脏器中放射性伪影，消除“热气管”征象和“热肠道”征象。无TOF技术一体化PET/MR临床应用发现有65%以上患者出现“热气管”征象伪影，这导致临床诊断和疗效评价造成很多误诊。图1-11是采用TOF技术消除“热气管”征象临床应用，可以采用TOF技术后明显消除了气管内放射性伪影。随着TOF技术时间分辨率进一步提高，一体化PET/MR图像质量将还会得到改进。可以讲PET的TOF技术将一体化PET/MR从单纯的临床前期研究已经推向真正的临床应用阶段。 
6. PET/MR性能指标 PET/MR的PET性能远高于传统PET和PET/CT设备中PET的灵敏度、分辨率和能量分辨率等参数。这主要是PET探测器采用LBS晶体与SiPM，其中最主要是采用了全数字化阵列式光电转换器SiPM，它具有磁兼容性、最大的增益和极高时间分辨率的。PET的灵敏度达到23cps/kBq，能量分辨率11%，PET的TOF技术的时间分辨率小于400ps。能够将正负电子湮灭作用发生位置定在接近150px范围内。在目前使用的NEMA NU-2 2007版本的测试条件下视乎没有显示出基于SiPM探测器在分辨率优势，但是在NEMA NU-2 2012版本就显示出其独特的优势。
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