[科普中国]-飞行时间-PET

正电子发射断层成像(PET, Positron Emission Tomography)检查前需要注射放射性示踪剂（例如氟代葡萄糖），示踪剂能够被人体组织代谢。相比于正常组织，肿瘤就有更高的代谢水平。PET成像的原理是：示踪剂衰变产生正电子，正电子与负电子湮灭发出两个方向相反、能量相等的光子对，每个光子以光速飞行。探测器探测光子对后，进行一系列信号处理，重建出具有临床诊断意义的图像。

如果可以测出两个光子到达探测器的时间差，由于探测器直径和光速已知，就可以确定光子出现的位置，即正电子的发射位置，也就是示踪剂衰变的位置。称这种技术为飞行时间 (TOF，Time of flight)。通过光子飞行时间差、探测器直径和光速计算光子发生位置是一个简单的数学问题∆ x= ∆ t*C/2， ∆ x是湮灭位置距探测器中心的距离；∆ t是两个光子的飞行时间差；C代表光速。

图1. 左图为传统PET,右图为TOF-PET,尽管当前技术无法计算光子准确的发射位置,但是可以缩小范围. (图像来自[1])

尽管TOF-PET理论在1966年代已经被推出，但是由于光速为每秒2*10米，光子到达两侧的时间差一般在10秒受限于光电倍增管、晶体、电路和计算机技术，硬件系统无法实现该方法。2006年，PHILIPS公司发布世界上第一台商业化TOF-PET--飞利浦GEMINI TF机型。在之后十几年中，GE和SIEMENS等公司陆续发布了TOF-PET产品。

TOF技术是PET成像领域的重大进步，涉及材料学、物理、数学、电子、机械、医学、分子生物学等诸多领域;由很多精密的光学材料和电子器件组成，技术复杂，是多种高新技术的综合体。TOF技术能够提高PET诊断精度、缩短扫描时间，拓展了PET的临床应用，是未来PET发展的主要趋势之一。

图2.第一行传统PET扫描图像,第二行TOF-PET扫描图像,箭头显示传统PET中不可见的部分. (图像来自[2])

本词条内容贡献者为:

滕月阳 - 讲师 - 东北大学中荷生物医学与信息工程学院康雁 - 教授 - 东北大学中荷生物医学与信息工程学院张耀楠 - 教授 - 东北大学中荷生物医学与信息工程学院