本文原文名为Whole-Body MR/PET Hybrid Imaging: Technical Considerations, Clinical Workflow, and Initial Results，是根据德国西门子公司Heathcare部门的Ralf Ladebeck博士等与德国爱尔兰根大学医学物理研究所的Harald H. Quick博士等在Biograph mMR联合成像技术方面的合作研究成果而撰写成的，文中从技术角度对Biograph mMR系统进行了说明，阐明了整合测试过程并给出了初步的临床研究结果。原文刊登于西门子MAGNETOM Flash杂志2011年第一期的ISMRM特刊第88~100页。译者认为，这一种联合成像技术为临床影像研究提供了一个全新的手段，在临床诊断方面具有重要的应用前景。该文具有很高的学术价值，故将其翻译成中文，与国内的MRI临床专家们分享。

1　MR/PET——一种全新联合成像技术的诞生

       最近我们亲眼目睹了一种令人振奋的全新联合成像技术进入了临床医学领域，即全身MR/PET(magnetic resonance/positron emission tomography)同步成像。MR成像技术能够提供很好软组织对比度，高空间和时间分辨率，及组织功能成像；而PET成像技术具有很高的灵敏度，所以这两种成像技术的融合将具有重大应用意义。经过研究人员和工业技术人员的努力，现在已有几种不同的方案用于实现MR和PET这两种成像技术的融合。西门子近期推出的Biograph mMR系统率先在3T MR成像仪上完全融合了PET检测装置，是世界上首款实现同步数据采集的全身MR/PET成像系统。更可贵的是在将PET检测装置植入磁体腔之后，Biograph mMR系统仍拥有60 cm磁体腔内径，满足了全身MR/PET检测的需求。

       科研人员、放射科专家及核医学专家长期以来都在致力于MR/PET联合成像技术的研究^[1,2,3]。关于MR/PET联合系统的前期技术研究进展，基本原理，及整合步骤在Beyer等所写的文章"MR/PET-Hybrid Imaging for the Next Decade"中有详细的介绍，该文章发表在西门子MAGNETOM Flash杂志2010年第三期RSNA专版上。现在全身MR/PET联合技术已经进入了临床实践阶段，我们已开始全面评估这一成像系统在临床的应用潜力，研究并验证其新的成像应用，最大限度地把这一成像技术应用于肿瘤、神经、心脏及其他疾病的早期诊断。

       在过去这段时间，已经有越来越多的研究单位和医院加入到MR/PET成像技术的队伍中来，因此在本文中我们首先会简单介绍一下MR/PET联合成像技术及其所带来的一些特殊信息，然后将展示MR/PET全身成像的工作流程及初步临床研究的结果。

2　MR和PET的技术整合

       Biograph mMR系统成功地实现了MR和PET的完全融合，使其成为一个独立的成像系统，见图1。为了确保高度融合，我们必须克服一系列物理上和技术上的问题和挑战。MR和PET之间潜在的相互作用是复杂多样的，既有PET对MR的作用，也有MR对PET的作用。在MRI成像系统基础上整合PET系统需要从技术上解决以下三种潜在的电磁场相互作用：①强的静磁场B0，用于实现自旋分布排列；②梯度场系统（Gxyz）产生梯度磁场，用于实现信号空间编码；③射频（RF）场B1，用于实现MR信号激发和读取。

       PET硬件设备和PET信号不能被上述几种电磁场作用干扰。同样的，在MRI系统运行过程中，PET也不能影响这些电磁场及MR信号。因此，该系统需要解决大量的技术问题，其中最重要的就是要研制新的能够检测511 keV γ粒子的检测器和光电二极管，这种γ粒子是在正电子湮灭过程中产生的，即使是在强磁场下也能产生。在传统PET和PET/CT联合系统中，γ粒子是由闪烁晶体（scintillation crystal）检测并最终由光电倍增管(PMT)记录。而对于MR/PET联合成像系统，传统的γ粒子检测器就不能使用，因为光电倍增管非常容易受到磁场的影响。现有的解决方案就是结合LSO(lutetium oxyorthosilicate)晶体和雪崩光电二极管（APD）用于强磁场下检测γ粒子并且把检测到的信号由闪烁光子形式转换成电信号的形式，如图1所示^[4]。和PMT相比，LSO-APD检测模块还有一个优势就是体积小，占用空间少，因此能够很容易整合到MRI的腔体中。西门子的70 cm内径的磁体腔为植入PET检测器提供了一个重要前提，整合后还能够最终具有一个临床MRI全身检测所需的60 cm标准磁体腔内径。Biograph mMR系统的PET检测单元由8个PET检测环组成，每个检测环由56个大小为32 mm×32 mm的LSO-APD检测模块按照圆周形式排列构成。这一完整检测单元在z轴方向上的FOV为25.8 cm（传统标准PET-CT系统只能在轴向上覆盖一个小于20 cm的FOV，最终升级版的PET-CT系统也只能有一个大约22 cm的FOV）。构成LSO-APD模块的LSO晶体的体积大小为2 mm×2 mm×20 mm，这也是目前市场上使用的最小晶体，晶体体积大小直接决定了PET系统的最大分辨率。

       那么技术上是如何把PET检测模块植入到MRI系统呢？MR/PET联合系统上硬件结构分布如下：最内层为发射和接收射频信号的MR体线圈及相应的射频屏蔽装置；射频线圈和屏蔽装置外为PET检测装置；再外面为梯度线圈组件；最外一层为磁体，如图2所示。整个系统及各硬件部分都进行了有效优化以达到MR和PET检测信号之间无相互干扰的目标。为了实现这一目标必须要有一个技术前提那就是射频体线圈要具有"PET信号穿透"性质，即患者体内发出的γ粒子不会因体线圈的干扰而衰减。另外，PET检测器必须是非磁性且具有"梯度场穿透"性质，使得快速变换梯度场的线性特性不受到干扰。PET检测器的恒温状态通过在APDs上安装水冷装置进行维持，如图1所示。模拟电信号和水冷过程是由磁体中心的PET检测器向MR/PET系统的后部传导。所有的PET电子设备都是经过铜器件密封屏蔽以避免PET发射的射频信号影响MR信号，也避免增加整体射频噪声最终导致MRI检测信号信噪比(SNR)的下降。考虑到MRI设备中的三种电磁场作用，所有PET检测装置以及相应的电子器件都必须是完全非磁性的，必须对RF信号完全屏蔽，且必须经过优化减少对涡流效应的敏感性。强梯度场的快速变化往往会引起涡流效应，根据洛伦兹感应原理，梯度场切换时会在其附近的金属导体上产生涡流效应，并且这种效应会与线性变换梯度场相互作用而影响梯度场上升时间，减小梯度场强度，破坏梯度场线性特征而改变MRI成像过程中梯度场的作用效果。

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图1  Biograph mMR系统的PET检测模块。64个LSO晶体构成了一个能够把511keV γ粒子转换为闪烁光子的模块。由LSO产生的光子被一个具有3×3阵列结构的APD检测。9-通道的前置放大器，驱动板以及水冷装置构成了一个完整的检测模块。这种检测模块体积很小且能在强磁场下运行，因此能够被任意地排列于磁体中。56个这样的检测模块构成一个PET检测环，8个PET检测环构成一个完整的PET检测单元，这一完整检测单元可在mMR系统z轴方向上形成一个长度为25.8 cm的FOV
Fig 1  Pet detector assembly for mMR. 64 Lutetium Oxyorthosilicate (LSO) crystals form one block that transforms 511 keV gamma quanta into light flashes. Light events in the LSO crystals are detected by a 3×3 array of avalanche photo diodes (ADP). 9-channel preamplifiers and driver boards as well as integrated water cooling completes each detector block. This detector assembly is characterized by its small size, can be designed free of magnetic components, and performs in strong magnetic fields. 56 such blocks form one detector ring, 8 rings form the PET detector assembly in the Biograph mMR that spans a longitudinal field-of-view (FOV) of 25.8 cm.

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图2  Biograph mMR系统中MR与PET硬件设备整合示意图。从内到外分别为：射频体线圈、PET检测器、梯度线圈、主磁体线圈及磁体屏蔽线圈。最外层的两个磁体线圈装配于由液氦填充的磁体冷却系统中。MR/PET联合系统要求PET检测器能够在强大的静磁场及梯度磁场下运行且不会干扰MR电磁场，即PET不能对B0磁场、梯度磁场、及射频信号的发射和接收产生干扰。另外，射频体线圈也必须要具有"PET信号穿透"性质
Fig 2  Schematic drawing and photograph showing the integration of the PET detectors in the MR hardware structure of the Biograph mMR. From the inside to the outside: RF body coil, PET detector, gradient coil assembly, primary magnet coil, and magnet shielding coil. The latter two magnet coil assemblies are contained in the helium filled magnet cryostat. The MR/PET integration as shown requires that the PET detector works within strong static and dynamic magnetic fields, and does not disturb any of the associated electromagnetic MR fields. The PET detector must not disturb the static B0-field, the gradient fields nor the RF transmission and reception. Additionally, in this configuration the RF body coil needs to be designed "PET transparent" with little attenuation of gamma quanta.

3　系统整合测试

       对MR/PET系统的整合测试先前已经在德国爱尔兰根大学医学物理研究所（institute of medical physics, IMP）进行过（图2），IMP跟西门子Healthcare有着密切的合作。这样一个完整的测试需要做大量系统技术方面以及水模方面的实验并进行相关的验证。需要解决以下两个问题：PET运行过程是否会受到MRI的影响？MRI运行是否会受到PET的影响？MR方面的测试包括射频系统、静磁场B0、梯度场Gxyz潜在的相互作用，及相关伪影。PET测试包括计数率、检测器性能、信号均匀性，及相关伪影。

       图3给出了射频噪声测试结果，这也是MRI系统运行过程中一个常规的测试，该测试中射频接收器设置为高增益后以3 T拉莫频率为中心，以10 kHz为步长扫过-250 kHz到＋250 kHz的频率范围。这样的测试需进行两次，一次是PET检测器关闭时，另一次是PET检测器打开时。这样就可以检测到整体噪声水平或离散射频噪声频率在PET打开和关闭时的微小差别。静磁场B0均匀性测试包括PET打开和关闭时静磁场的均匀性，两种情况下的测量差值能够用B0场图的差图显示出来并用于分析空间三维方向上的磁场均匀性。因此这种磁场均匀性的微小差别能够检测出来并以ppm为单位进行显示。Biograph mMR系统中场均匀性给出的约定值为在一个体积为50 cm×50 cm×45 cm的椭球体（50 cm为xy平面上圆截面直径，45 cm为z轴直径）中不超过6 ppm。不管PET运行与否，系统整合测试所得到的结果都显示PET检测器并没有对MR系统磁场均匀性产生明显的影响。

       当然，也需要在特定参数下对梯度场进行测试，同样也进行两次实验来进行评估分析，一次是PET检测器打开时，另一次是PET检测器关闭时，这样才能确定该梯度系统参数配置可能引起的变化。最终测试结果证实了Biograph mMR系统中所用的梯度场配置（三个方向梯度强度最大值为45 mT/m，爬升速率为200 T/m/s）运行状况与常规单独MRI系统的配置是基本一致的。梯度场的运行状况也是Biograph mMR系统能够利用原有MRI系统中全身成像脉冲序列的前提，在结合了PET数据采集后能够提供更好的解剖结构和组织功能信息，全身成像序列包括：弥散加权成像（DWI）、弥散张量成像（DTI）、动脉自旋标记序列（artery spin tags sequence, ASL），功能成像（fMRI）、MR波谱、时间飞越-血管造影成像(TOF-MRA)，动态心脏扫描等。最后也对PET系统运行状态进行测试来检测其是否受到静磁场和射频系统的潜在影响。这种测试是基于NEMA标准^[5]，整个过程进行两次测试，分别在MRI系统内部和外部，结果表明Biograph mMR系统中PET运行状态没有受到MRI系统的明显影响。

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图3  系统整合测试：射频噪声检测。3A为PET检测器打开时的MR射频噪声检测结果，这也是MRI系统中的常规测试，该测试以10 kHz为步长扫过-250 kHz到＋250 kHz的频率范围。如3A所示的4×4图像为每10 kHz频率范围的测试结果，这些图都没有出现的明显噪声和离散干扰。放大图3B显示了无法有效屏蔽PET检测器时对MR系统产生的射频噪声检测结果。为了显示射频噪声的影响，在测量过程中扫描室的射频屏蔽门被打开，可以看到明显的射频干扰信号，如图3C右侧垂直条带状影所示
Fig 3  System integration testing: RF noise check. Images in (Fig 3A) show results of an RF noise detection routine in MR imaging that was acquired while the PET detector unit was simultaneously activated. In this noise check, the RF receivers of the MR system are stepped through a frequency range of ±250 kHz around the Larmor center frequency in intervals of 10 kHz. The panel in (Fig 3A) shows a selection of 4x4 images, each representing a frequency range of 10 kHz. The individual noise images here show neither increased noise nor any other discrete enhancement. Zoom-in (Fig 3B). This result of the RF noise check indicates uncompromised shielding of the electronic PET components over the whole receiver bandwidths of the MR system. Just to demonstrate the effect of disturbing RF noise, image (Fig 3C) shows a single measurement disturbed by a discrete RF signal (vertical stripe on the right side of the image) that has been provoked by opening the two doors of the RF cabin during measurement.

4　系统安装布局说明

       对于结合非放射性成像技术MRI和核医学成像技术PET的新系统，在安装和系统布局过程中需要涉及到一系列的技术问题。而对于Biograph mMR这种高度整合的系统，其安装并没有对空间布局（包括检查室和机柜设备室）提出很高的要求。只需33 m²面积的空间就能够满足扫描室，机柜设备室和控制室的要求。图4是德国爱尔兰根大学医学物理研究所安装的Biograph mMR系统的布局示意图，可以看出和传统单独的MR系统比起来，MR/PET系统并不要求在检查室增加多余的空间，只要求在机柜设备室多增加一个机柜（如图5所示），这个额外增加的机柜主要用于放置PET信号处理、图像重建所需的电子设备及计算机。PET检测器与梯度系统共用一个水冷装置。此外，MR/PET系统还需在射频机柜中安装一个滤波面板用于通过相关线路来连接PET检测器和其控制机柜。在德国爱尔兰根大学安装系统的过程中，还在扫描室上增加了一个射频屏蔽门，虽然这并没有硬性要求，但这种配置能够直接把患者由放射活性控制区域直接送入扫描室而不会对控制室产生任何的辐射。这样在不同患者进出扫描室时，操作人员、研究人员和可能到访的参观人员就能够停留在控制室等候而无需暴露在辐射中。

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图4  德国爱尔兰根大学医学物理研究所安装的Biograph mMR系统，该系统实现了MR和PET的完全融合
Fig 4  The Biograph mMR system installation at the Institute of Medical Physics, University of Erlangen.Both imaging modalities, MR and PET, are fully integrated into one MR/PET hybrid system.

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图5  Biograph mMR系统布局示意图。与单独的MR系统比起来，MR/PET联合系统只要求在机柜设备室增加一个PET机柜和相应的滤波面板
Fig 5  Schematic showing the compact siting of the Biograph mMR system and its hardware components. In comparison to an MR-only installation, the MR/PET installation adds only another filter panel and one extra cabinet for the PET electronics to the installation site.

5　RF线圈和相关的衰减校正

       和MR系统一样，Biograph mMR系统也配了一整套的具备Tim (total imaging matrix)技术的射频线圈。Tim技术提供了由头到脚的完全、无缝隙覆盖（如图6所示）。而射频线圈的多通道采集技术不仅提高了信噪比，而且能够实现三个空间方向的高加速因子并行采集成像。这些射频线圈技术已经在传统MRI系统中得到很好的应用，但把这些射频线圈应用于MR/PET系统还是一次全新的尝试，并且这种应用也是在MR/PET系统上实现全身采样的一个重要前提。为了获得最大的MR信号需要对表面线圈进行优化，同样的为了能更好地实现PET检测功能也需要对表面线圈进行优化。表面线圈最终优化到具有"PET信号穿透"性质，即优化后表面线圈对γ射线强度的影响降到最低。这同样也适用于其他的相关硬件，如检查床、电缆、连接器、患者控制设备等^[6]。这里我们可以把相关硬件分为"rigid and stationary"和"flexible and non-stationary"两类，"rigid and stationary"包括检查床、脊柱RF线圈、头线圈等，而可拆卸的体线圈组就属于"flexible and non-stationary"硬件。这里"rigid"是指形状稳定不变的硬件，而"stationary"是指相对于患者检测台位置不变的硬件。

       "rigid and stationary"设备引起的PET信号衰减或发散可通过直接的衰减校正（attenuation correction, AC）方法来进行补偿。例如，图7A中的头部射频线圈在CT上进行扫描，然后可以获得如图7B所示的X线三维衰减系数图。X射线的能级范围通常在70到120 keV之间，为了能和PET检测的γ射线能级相比较就必须把70~120 keV转化为511 keV。经过转化以后就可以得到一张具有511 keV能级衰减系数的三维衰减系数图，也称"μ-map"，如图7C所示。对所有的"rigid and stationary"硬件设备都可获得这种基于CT扫描的衰减系数图，得到的"μ-map"就能够用于PET的图像重建。脊柱或头部射频线圈与检查床有相对固定的位置，通过上述方法就能得到相应位置的"μ-map"，在PET图像重建过程中就能根据实际要求自动选取不同位置的"μ-map"。而"flexible and non-stationary"硬件设备如覆盖患者全身的Matrix体阵列线圈，就不能用上述的方法来直接进行衰减校正。这种情况下，线圈衰减结构的形状和所处位置取决于患者的解剖结构和检查部位，因此也很难通过MRI手段来预测。其解决的关键在于设计这种活动性的线圈时尽量考虑"PET信号穿透"性质。在Biograph mMR系统中，这些相关射频线圈已经基于这种考虑进行了优化，在线圈设计过程中也充分考虑了相关影响因素，如线圈材料，形状及整体的组件结构等。这种优化过程的最终目的就是为了能够实现MR信号最大的SNR以及对PET信号的无干扰性。

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图6  Biograph mMR系统中所配置的Tim射频线圈。联合使用的表面线圈能为患者提供由头到脚的射频覆盖，这些线圈由102个射频线圈单元和与之相连的32个射频接收器组成。借助这种多通道的相控矩阵线圈，能够轻松实现高信噪比的并行采集成像和全身成像。Biograph mMR系统中的表面线圈位于检测患者和PET检测器之间，因此这些线圈均具有"PET信号穿透"性质
Fig 6  The Biograph mMR is equipped with the Tim (Total imaging matrix) RF coil technology consisting of multiple integrated surface coils that cover the patient' s body from head to toe with up to 102 RF coil elements connected to 32 RF receivers. This multi-channel phased array RF coil configuration enables parallel imaging and whole-body MR data acquisition with optimized signal-to-noise (SNR) performance. In simultaneous MR/PET hybrid imaging, the surface RF coils are located between the radioactivity emitting patient and the PET detectors. As a consequence, the RF coils should be designed to be as PET-transparent as possible.

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图7  7A：MR/PET系统中的头／颈联合射频线圈，该线圈已经优化设计具有"PET信号穿透"性质。这个线圈相对于检查床位置固定，因此属于"rigid"硬件。7B：该线圈的3D-CT扫描图，这张图给出了线圈的衰减系数，通过能级转换把100keV转化为511keV就可以获得PET检测所需的衰减系数图"μ-map"。图7C为图7B中ab位置切面所对应的"μ-map"
Fig 7  Fig 7A: A head/neck RF coil that was designed and optimized towards PET-transparency for use in simultaneous MR/PET hybrid imaging. This RF coil serves as an example of a rigid hardware component that is stationary at its known position with regard to the patient table. Fig 7B: 3D CT-scan of this rigid RF coil. Such a CT-scan provides hardware attenuation values that can be transformed from the CT' s 100 keV energy level to the 511 keV energy level of PET in order to derive a PETequivalent attenuation map (μ-map), shown in image (Fig 7C). The μ-map in (Fig 7C) has been acquired at level a-b as shown in image (Fig 7B).

6　组织衰减校正

       对于PET图像重建，不仅仅需要对PET检测范围(FOV)内MR硬件设备（如上述提到的检查床，RF线圈等）引起的衰减进行校正，而且需要对患者本身解剖结构引起的衰减进行校正。在标准的PET系统中，这种人体组织衰减校正是通过对患者旋转照射由68 Ge产生的具有511 keV能级的射线，同时检测接收穿透患者的射线。根据所获得的数据就可以重建出人体组织的衰减系数图("μ-map")。为了在不同的照射角度获得高质量的数据，68Ge放射源在照射过程中旋转速度往往都非常慢，因此这种方法是相当耗时的。

       在现在的PET/CT系统中，可利用CT进行快速三维CT扫描来直接获得硬件（如检查床）和人体组织的衰减系数图，再把衰减系数能级由70~120 keV进一步转化为511 keV，最终就可以得到供PET检测使用的硬件设备和人体组织的衰减系数图。

       对于MR/PET系统，硬件的衰减校正我们在上面已经讨论过了。而组织的衰减校正需要用一种完全不同的方法来获得，因为MR/PET系统无法提供类似基于CT的衰减校正信息，也就是说只能通过基于MR图像来提供PET图像校正所需的衰减校正信息。MRI本质上是基于质子密度、T1和T2弛豫参数成像的，与组织的放射衰减性质无关。另外，基于MR成像的衰减校正还存在一个问题，就是在很多MR图像中空气和骨骼部分都是低信号，因而很难区分空气和骨骼。而在CT和PET图像中，空气和骨骼分别对应了最小和最大的衰减系数，因此能很好地区分。最近已经有文献报道了几种基于MR图像的组织衰减校正方法^[7,8,9]，这些方法可分为基于解剖图谱或解剖图谱辅助的衰减校正法和基于MR图像分割的衰减校正法。MR图像分割衰减校正法的原理就是通过给定的脉冲序列获得不同部位组织所对应的灰度值，最终实现不同组织的分离。

       根据所应用的序列，空气、肺部、脂肪、肌肉、以及骨骼可以被区分，这就能为PET图像重建提供对应的校正系数值。Biograph mMR系统中，组织衰减和发散校正要做两次扫描。头部和颈部是用超短回波序列（UTE）扫描来获得该部位的分割信息^[10,11]。头部和颈部以外的身体其他部位通过Dixon技术获得水和脂肪的"正相位图"和"反相位图"，通过Dixon扫描就能重建出水信号图像、脂肪信号图像和水-脂肪信号图像，最终实现空气、肺部、脂肪、肌肉的区分，如图8^[8]所示。在这过程中没有考虑骨骼，但初步结果显示，基于MR图像组织衰减校正方法所获得的效果是稳定可靠的，能够与PET/CT联合系统中组织校正方法的结果相媲美。然而这种基于MR图像的衰减校正技术对于PET中标准摄取值(standard uptake values, SUV)的定量及最终判定还不清楚，相关的研究正在进行中。

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图8  基于MR图像的软组织衰减校正法。8A：没有经过校正的全身PET扫描图，可以看到在肺部和身体边缘部位的放射活性相对增强。8B和8C为Dixon序列扫描得到的水脂分离"同相位"和"反相位"图，这是实现软组织分离的基础。8D：分割后的组织分类（空气、脂肪、肌肉以及肺部）可用于获得PET图像衰减校正所需的511keV衰减系数图。8E：经过衰减校正后的全身PET扫描图，所用的数据与8A相同
Fig 8  Soft-tissue attenuation correction (AC) based on MR imaging. Fig 8A: Uncorrected whole-body PET scan showing relative activity enhancement in the lungs and on the outer contours of the patient. Fig 8 B and Fig 8C: Dixon MR sequence providing separate water/fat "in-phase" and "opposed phase" images that serve as basis for soft-tissue segmentation. Fig 8D: Segmented tissue groups (air, fat, muscle, lungs) that can be assigned to 511 keV attenuation maps. Fig 8E: Resulting attenuation corrected whole-body PET scan of the initial data set (Fig 8A).

7　MR/PET成像的工作流程

       Biograph mMR系统的全身MR/PET成像和常规MRI成像在工作流程上是类似的。首先让患者躺在检查床上进行准备，将上述Tim射频线圈（包括头颈部线圈、脊柱线圈、以及四个matrix体线圈）分别放置在患者身体的下方，上方以及周围。这里的Tim射频线圈技术是MR/PET系统上实现全身无缝隙MR扫描成像的前提，使用Tim射频线圈扫描过程中不需要更换线圈或重新定位。患者准备好后，扫描定位像来准确定位所检测的区域，然后利用syngo软件提供的托拽功能选用扫描协议列表中预先设定的协议进行扫描。当然也可以根据实际情况自行调整参数并保存作为客户自定义的扫描协议以备将来使用，接下来就可以进行MR/PET同步扫描成像。

       图9给出了设定MR/PET同步扫描时的用户操作界面。定位像上的黄色方框用于确定MR衰减校正序列的扫描区域；绿色和蓝色方框分别代表基于不同病床位置的MR和PET扫描区域，所选取扫描区域的重叠程度可自行调整。当衰减校正序列设置完成后，MR和PET均按照预先的设置进行同步扫描（图10）。除了衰减校正的MR序列，更多的MR序列也可以按照需求选用以获取每个位置扫描区域的解剖和功能信息。通常情况下MR/PET扫描采用¹⁸F-FDG来进行肿瘤分期，整个mMR扫描的时间不仅仅取决于覆盖患者检测区域所需的PET采样时间，与PET/CT扫描相比，它还和MR扫描序列所需时间有关。mMR扫描中MR序列越多整个扫描时间就越长，然而这些额外的扫描时间也并非完全没用，这些时间可以用来提高PET图像质量或在门控辅助下获得动态PET数据。对于MRI和PET同步成像，单个位置的动态扫描（如脑部的动态MR/PET研究）在临床上更容易进行。由于PET检测器能够沿z-轴方向覆盖更大的扫描区域，这使得在扫描大脑和肝脏时无需花费更多的时间进行重新定位。

       PET和多个MR序列同步扫描也带来了新的问题，这就是如何读取、分析大量复杂的图像数据，而且这种情况不仅是针对全身扫描。因此，在研发MR/PET时，也开发了一套直观分析和评估mMR扫描结果的软件工具。Biograph mMR系统中，基于syngo. via软件系统的mMR Reader就可用来读取扫描得到的MR/PET数据，经过专业数据处理后便可读取所需图像并进行诊断。现在已经为MR/PET系统在临床应用开发了一整套完整高效的软件工具，包括自动加载和显示全身或局部区域的MR图像，PET图像和MR/PET融合图像。这个专用软件还支持由MRI专家和PET专家共同或单独对影像资料进行读取、分析和诊断，并且自动将这些诊断结果汇总为一个联合诊断报告。

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图9  MR/PET扫描的syngo软件操作界面。成像区域显示了多站扫描获得的矢状位（左右两侧）和冠状面（中间）MR定位像。黄色方框代表MR衰减校正序列的扫描区域，绿色和蓝色方框分别代表基于不同病床位置的MR和PET扫描区域。操作界面下半部分显示正在进行的MR/PET扫描计划
Fig 9  Screenshot of the syngo user interface during planning of a MR/PET examination. The image panel shows multi-station MR localizers in sagittal (left and right) and coronal (middle) orientation. Displayed with a yellow frame is the FOV of the AC MR sequence for tissue attenuation correction. Green and blue frames show graphical planning of the individual bed positions of the MR and PET data acquisition. In the lower half the planning of the MR/PET acquisition is currently ongoing.

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图10  MR/PET同步成像工作流程。MR和PET的数据采集是同步进行的，整个过程要通过连续扫描6到7个病床位置来覆盖全身。另外，整个扫描时间视选用的MRI序列而定，通常一个MR/PET全身成像需要20~30分钟
Fig 10  MR/PET simultaneous imaging workflow. MR and PET data acquisition is performed simultaneously during a multi-step examination with 6-7 bed positions for whole-body coverage. Depending on the selection of MR imaging sequences, such a whole-body MR/PET hybrid imaging study is regularly completed in about 20-30 minutes.

8　初步临床研究结果

       2010年在德国爱尔兰根大学医学物理研究所率先进行了MR/PET临床研究，研究目的就是通过对患者进行扫描实现系统整合测试及工作流程的测试。整个研究过程如下：首先从爱尔兰根医学院核医学部预约PET/CT扫描的患者中招募志愿者。招募的患者志愿者先注射放射标记物¹⁸F-Fluordesoxyglucose(FDG)并进行PET/CT的扫描检查，随后立即前往医学物理研究所进行MR/PET扫描。这样安排的目的在于既不影响患者的正常PET/CT扫描诊断，又可以把PET/CT的检查结果作为MR/PET扫描的对照，提供"金标准"。而且在进行MR/PET扫描时无需再给患者注射放射性标记物，避免患者接受额外辐射剂量。然而由于需要先进行PET/CT检查，因此只能在患者注入¹⁸F-FDG后120分钟才能开始进行MR/PET扫描，这样就比常规PET扫描差不多延迟60分钟。考虑到¹⁸F-FDG的半衰期为108分钟，因此还可以进行MR/PET扫描研究。不过由于时间增加，¹⁸F-FDG放射活性衰减且会被机体代谢，这些因素使得PET扫描计数率降低。在我们的研究中通过延长PET扫描时间来补偿¹⁸F-FDG的活性衰减，如在每个扫描位置的扫描时间由2~3分钟延长到6分钟。

       图11是一个阴茎癌患者的全身MR/PET研究，该患者曾经接受过根治性肿瘤切除术，但现在怀疑有肿瘤复发（淋巴结转移）。MR/PET扫描结果显示该患者在腹股沟区及髂窝区有淋巴结受侵的征象，这一症状在单独的PET和MRI成像中也能观察到，同时能与PET/CT的检查结果很好地吻合（结果未提供）。

       图12是一个肺癌患者脑部的MR/PET研究，该患者曾接受过两次肺癌脑转移灶切除术并进行了有效的治疗。从MR/PET扫描的结果上看该患者目前在脑部并没有再次出现恶性肿瘤或病情复发的迹象，同样在单独的PET和MRI成像检查中也没观察到恶性肿瘤或病情复发的迹象。MR/PET给出的这一结果能与PET/CT的检查结果很好地吻合（结果未提供）。

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图11  一个阴茎癌患者术后复发，淋巴结受侵的MR/PET扫描成像研究。MR图像(11A)、PET图像(11B)、MR/PET融合图像（11C）为同步扫描获得。11A：冠状位全身MR T1加权像，该图像提供了清晰的解剖结构和良好的组织对比度。11B：冠状位全身PET衰减校正图，11C：冠状位全身MR/PET融合图像。PET(11B)和MR/PET融合图像（11C）都显示患者右侧一淋巴结放射活性增强。横断位（11D）和矢状位(11E)重建MR/PET融合图像提示在右侧还有两个淋巴结具有放射活性
Fig 11  Patient with lymph node filiae following a history of a penis carcinoma. Images (Fig 11 A-C) show whole-body T1-weighted MR image (Fig 11A), attenuation corrected PET (Fig 11B), and MR/PET hybrid images (Fig 11C) in a coronal orientation, that were all simultaneously acquired in a multistation/multi-bed acquisition mode. MRI in this wholebody study (Fig 11A) displays anatomical structures with exquisite detail and excellent soft-tissue contrast. PET (Fig 11B) and the combined MR/PET hybrid image (Fig 11C) in this coronal overview show enhanced tracer activity in one lymph node on the right side of the patient. The axial and sagittal reformates of the MR/PET hybrid data (Fig 11D, Fig 11E) reveal two additional lymph nodes with focal tracer activity on the right side.

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图12  一个肺癌患者的术后头部扫描成像研究。该患者曾接受两次肺癌脑转移灶切除术，并进行了有效治疗。同步扫描获得了同一断层的横断位MR(12A)，PET(12B)图像。12A是一个MR T2加权灰阶翻转图像，提供了清晰的脑部解剖结构和良好的组织对比度。12B是一个PET成像。12C是MR/PET融合图像。所有这些成像结果均未提示该患者出现病情复发的征象。
Fig 12  Case of a patient with successfully treated lung carcinoma and with two resected brain metastasis (both right side). The axial slices show MR (Fig 12 A) and PET (Fig 12 B) images simultaneously acquired at each position of the resected brain metastasis. The T2-weighted and inverted MR data set (Fig 12 A) shows the anatomical structures in fine detail and with excellent soft tissue contrast. The PET images (Fig 12 B) and the resulting MR/PET data set (Fig 12 C) does not show any signs of recurrence.

9　现状和展望

       经过长期的等待，全身同步MR/PET成像技术已经进入了临床应用领域。从物理和硬件层面来讲，这一技术为临床影像研究提供了一个全新的手段。为获得PET图像，研究人员提出了基于MR成像的硬件和组织衰减校正技术，以及基于MR成像的PET图像运动校正技术，这也是目前热门的研究领域之一。另外，射频线圈技术的发展不仅能满足MRI临床诊断应用的要求，而且能实现具有"PET信号穿透"的性质，这也是MR/PET成像的另一个研究领域。从临床图像诊断层面来看，这种新的联合系统要求有新的图像评估方法，特别是该评估方法要能够通过分析给出新的具有诊断价值的信息。同时，研究人员也正在致力于优化和改进MR/PET成像的工作流程，以期在最短时间内获得更多的多模态诊断信息。