2.我国发展现状

正电子发射断层显像（Positron Emission Tomography, PET）是一种功能性分子影像技术，广泛应用于肿瘤学、神经科学、心血管疾病和药物代谢研究。近年来，随着探测器技术、时间飞行（Time-of-Flight, TOF）技术、全身PET（Total-Body PET）、显像剂开发及人工智能（AI）辅助分析的进步，PET显像技术在分辨率、灵敏度和定量能力方面取得了显著提升。

当前PET的发展主要集中在以下几个方面：仪器设备的升级（如全身PET、SiPM探测器、超高时间分辨率TOF-PET）、检测方法的优化（如动态成像、门控PET）、数据分析技术的创新（如AI辅助图像重建、定量分析、Radiomics）。这些进展推动PET技术向高分辨率、高灵敏度、低剂量、动态全身显像方向迈进，为早期疾病诊断、精准医学、治疗监测提供了更强大的支持。

2.1.1.1 仪器设备

PET仪器设备的技术革新集中在以下几个方面：探测器材料的升级（如 LYSO、GAGG 晶体）、硅光电倍增管（SiPM）的大规模应用、时间飞行（TOF-PET）技术的提升、全身PET（Total-Body PET）系统的突破。

（1）探测器技术的突破

PET显像质量依赖于探测器的光子探测效率、能量分辨率和时间分辨率。近年来的进展包括：

1)高性能闪烁晶体材料

镥基闪烁晶体（LYSO/LSO/LuAP）：目前主流PET探测器采用铈掺杂镥硅酸盐（LYSO），因其高光产额（约30,000光子/MeV）、高密度（7.1 g/cm³），适用于高灵敏度PET显像。

新型GAGG晶体（钆铝镓氧化物）：GAGG（Gd3Al2Ga3O12）是一种高光输出、低本底放射性的晶体，研究表明其可提高探测器的时间分辨率。

2)硅光电倍增管（SiPM）的大规模应用

现代PET系统正在全面用SiPM取代传统光电倍增管（PMT），SiPM的优势包括：高光子探测效率（PDE 可达50%），提高弱信号检测能力；更好的时间分辨率（<200 ps），提升TOF-PET成像质量；支持小型化、高密度集成，推动便携式PET和专用PET（如乳腺PET、术中PET）的研究。

（2）时间飞行（TOF-PET）的优化

TOF-PET利用正电子湮灭光子对的到达时间差来计算光子源位置，近年来的进展包括：

时间分辨率提升:传统PET的时间分辨率>600ps，而新一代TOF-PET已突破200-400ps，极大改善了显像质量。

AI辅助TOF重建: 深度学习技术可用于降噪和图像增强，即使在低计数（低剂量）PET扫描下，也能获得接近标准剂量的图像。

（3）全身PET（Total-Body PET）的突破

Total-Body PET（全身PET） 是近年来PET硬件发展的重要突破，其主要优势包括：一次扫描覆盖全身，提高了显像灵敏度，并减少运动伪影；可进行全身动态PET扫描，支持药物代谢和免疫系统研究；支持超低剂量PET显像，适用于儿童、健康筛查和神经科学研究。

目前的代表性系统包括：中国联影的EXPLORER PET/CT（轴向视野194 cm）、西门子医疗的Biograph Vision Quadra（轴向视野 106 cm）。

但全身PET面临技术挑战，主要表现为全身PET生成的原始数据量巨大（每次扫描可达TB 级数据），对图像重建算法和计算资源提出更高要求。采用AI驱动的超分辨率重建和深度学习降噪，有助于优化Total-Body PET的数据处理。

（4）脑专用PET

NeuroEXPLORER（NX）PET系统是目前全球最先进的脑专用PET系统，由耶鲁大学（Yale University）、加州大学戴维斯分校（UC Davis）和联影医疗（United Imaging Healthcare）联合开发,其超高灵敏度、高空间分辨率、无创血流测量和运动校正技术，使其成为神经科学、脑疾病研究、精准治疗的核心工具。该系统的成功应用，进一步推动了帕金森病、阿尔茨海默病、精神疾病等脑部疾病的诊断和治疗研究，预计将在未来几年广泛用于临床与科研。

2.1.1.2 检测方法

PET显像的检测方法主要涉及扫描模式的优化、数据采集策略的改进和图像质量增强，以提升显像的空间分辨率、时间分辨率、灵敏度以及定量分析的精度。

（1）扫描模式优化

PET扫描模式的改进，能够减少伪影、优化显像时间，并提高定量能力。

1)静态PET与动态PET:

静态PET主要用于临床诊断，获取特定时间点的代谢信息。动态PET 记录显像剂在体内随时间的分布变化，可用于分析药代动力学参数（如血流灌注、代谢率），适用于脑功能研究、心肌灌注分析、肿瘤代谢评估等。近年来，全身PET为动态PET提供了多器官同步显像的可能性，使全身药代动力学分析成为可能。

2)门控PET（Gated PET）：

主要应用于心脏和肺部显像，通过心电门控（ECG-gated PET）或呼吸门控（Respiratory-gated PET）来减少运动伪影，提高影像质量。例如，在心脏PET中，门控技术可以更精确地评估左心室功能、心肌灌注和代谢。

List-mode PET数据采集：现代PET扫描可以采用List-mode数据采集，即将探测到的每个光子事件的时间、能量和位置进行存储，并在后处理时灵活调整显像模式（如动态PET、门控PET）。

（2）低剂量PET显像

为了减少患者的放射性暴露，同时维持相应的图像质量，近年来PET显像在低剂量扫描方面取得重要进展：

超灵敏PET探测器：如SiPM+TOF技术，可在低剂量下提供高信噪比显像。

深度学习辅助降噪：结合AI的图像重建算法（如Deep PET），能够将低剂量PET扫描的图像质量提升至接近标准剂量PET水平。

全身PET（Total-Body PET）：如EXPLORER PET，能够极大提高探测效率，使低剂量显像成为可能。

（3）高分辨率与超快扫描

超快PET扫描：结合TOF-PET和AI加速重建，可在短时间内完成全身PET扫描（例如5秒内完成全身检查），适用于大规模筛查和急诊医学。

2.1.1.3 数据分析

PET数据分析技术的进步对于提升PET显像的空间分辨率、定量分析精度、低剂量显像质量和人工智能（AI）辅助诊断能力至关重要。传统PET数据分析方法依赖于滤波反投影（FBP）和迭代重建（OSEM），但这些方法在低计数统计情况下存在噪声大、分辨率受限等问题。近年来，时间飞行（TOF）技术、深度学习重建、AI辅助影像分析、影像组学（Radiomics）、动态PET建模等创新技术推动了PET数据分析进入智能化、精准化、高效化的新阶段。

(1) PET图像重建技术的进步

1)迭代重建方法的优化

传统PET图像重建方法主要采用滤波反投影（FBP）和迭代重建（OSEM, MAP）。近年来的优化包括：

时间飞行（TOF）-OSEM重建：结合TOF信息，提高显像对比度，减少运动伪影。

点扩散函数（PSF）建模：利用系统点扩散函数校正，提高病灶边缘清晰度，减少病灶体积低估问题。

多模态PET/CT或PET/MRI联合重建：结合CT或MRI的解剖信息，提高PET图像的空间精度和组织分辨率。

2)AI驱动的PET图像重建

近年来，基于深度学习（Deep Learning, DL）的PET图像重建方法逐步替代传统方法，主要优势包括：

低剂量PET图像重建:AI模型可以预测高质量图像，使低剂量PET可行，降低患者辐射暴露。

降噪与超分辨率重建:生成对抗网络（GAN）可从低分辨率PET数据中恢复高分辨率图像。

端到端PET图像重建:深度学习直接从原始PET数据生成图像，减少计算时间，提高重建效率。

（2）PET定量分析的进展

PET不仅用于解剖结构显像，更重要的是其定量分析能力，能够提供组织器官的代谢信息，包括葡萄糖摄取率、血流动力学参数、受体结合率等。近年来的PET定量分析包括SUV优化、代谢参数建模、动态PET分析等。

1) SUV（标准摄取值）分析优化

SUV（Standardized Uptake Value）是PET临床最常用的量化指标，用于评估肿瘤代谢活性、炎症反应、神经递质功能等。近年的优化方法包括：

SUV正则化校正：对体重、血糖水平、显像剂注射剂量进行标准化，提高跨个体、跨扫描时间的可比性。

SUVpeak：相比受噪声影响较大的SUVmax，SUVpeak基于固定ROI均值计算，稳定性更好。

基于AI的SUV自动分割：机器学习可自动标定病灶区域，提高SUV计算的可靠性。

2)动态PET代谢建模

相比静态PET，动态PET能够捕捉显像剂在体内随时间变化的分布情况，提供药代动力学和受体结合动力学信息，从而提高疾病检测的精准度。该技术广泛应用于癌症、心血管疾病、神经系统疾病等领域，特别是在肿瘤代谢评估、药物动力学研究、神经递质功能显像方面具有独特优势。

Patlak分析：适用于不可逆性代谢显像剂（如 ¹⁸F-FDG），通过线性建模估算葡萄糖代谢率，常用于肿瘤代谢评估、脑功能研究等。

Logan图分析：适用于可逆性受体结合显像剂（如 ¹¹C-Raclopride），通过曲线积分方法计算受体结合参数，用于神经递质系统（如多巴胺、血清素受体）研究，对帕金森病、精神疾病研究尤为重要。

全身动态PET：具备大视野、高灵敏度的特点，可实现多器官同步动态扫描，在癌症免疫治疗反应监测、神经退行性疾病进展评估、全身药代动力学研究方面具有重要临床价值。

借助AI辅助分析，现代动态PET可在时间分辨率优化、图像噪声抑制、定量参数自动计算等方面进一步提升性能，为精准医学提供更强有力的影像支持。

3)无创血流动力学测量

传统PET定量分析通常依赖动脉采血来测量血浆显像剂浓度，以确保代谢参数的准确性。然而，该方法具有侵入性强、操作复杂、患者舒适度低等缺点。近年来，无创PET定量方法的快速发展有效减少了患者负担，同时提高了数据获取的便捷性和一致性。其中，影像输入函数（Image-derived Input Function, IDIF）技术成为替代动脉采血的重要手段。IDIF直接从PET图像中提取血流参数，通过分析大血管（如主动脉、颈动脉或脑基底动脉）内的显像剂动态变化，实现非侵入性血流测量。

此外，NeuroEXPLORER等新一代高灵敏度PET系统结合超高分辨率探测器、深度学习算法，进一步优化了无创血流动力学测量的准确性。AI辅助分析可通过智能ROI分割、运动校正、时间序列建模等方式，减少噪声干扰，提高血流参数的可靠性，使PET在神经科学、心血管研究、肿瘤代谢监测等领域的定量分析更加精准化和个体化。

(3) AI与影像组学（Radiomics）在PET数据分析中的应用

1)影像组学（Radiomics）在PET中的应用

Radiomics通过高通量计算分析PET影像特征，结合临床数据进行癌症分型、免疫治疗预测、个体化精准医疗，主要研究方向包括：

肿瘤代谢模式分析:评估肿瘤异质性、代谢不均匀性，预测治疗反应。

肿瘤精准治疗评估:基于PET影像组学分析PD-1/PD-L1免疫治疗的疗效，指导个体化治疗。

多模态影像融合:PET/CT、PET/MRI结合影像组学分析，提高疾病诊断和预后预测能力。

2)深度学习在PET数据分析中的应用

PET病灶自动分割:U-Net、Mask R-CNN等深度学习模型可自动检测病灶区域，减少人为误差。

低剂量PET优化:Transformer、GAN等AI模型可将低剂量PET数据恢复至接近标准剂量水平，提高显像质量。

PET影像智能分析:AI结合临床数据，进行肿瘤分期、疗效评估、神经退行性疾病检测，提高精准医学水平。

未来，PET数据分析技术将进一步向智能化、精准化、实时化方向发展，在肿瘤研究、神经科学、心血管病诊断、免疫治疗等领域发挥更重要作用，为精准医学和个体化治疗提供更强大支持。

主要是仪器设备方面的进展，全环CZT（碲锌镉）晶体SPECT/CT仪器的问世，使SPECT快速全身断层显像成为常规临床应用变为现实。

核素治疗已在众多肿瘤治疗方案中占据一席之地，它的成功是依赖具有合适物理化学特性的放射性核素，以及能够选择性将核素输送到肿瘤组织中的生物、物理靶向技术。我国在核素治疗方面进行了积极探索。

目前，应用较多的放射性核素包括α射线核素、β射线核素等。

α射线核素因传能线密度（linear energy transfer，LET）高、细胞毒性强、射线路径短等特点，能够直接作用于靶细胞使 DNA双链断裂，在治疗微小转移病灶方面极具潜力。主要核素为：²²³Ra 、²²⁵Ac、²²¹At 等。

2.2.1.1 ²²³Ra治疗去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）骨转移 

²²³Ra是发射α射线的放射性治疗药物，2013年11 月，²²³RaCl₂ 获FDA 批准，用于治疗伴骨转移症状而无内脏转移的转移性去势抵抗性前列腺癌（mCRPC），是首个应用于临床的α核素治疗药物。研究表明 ²²³Ra 治疗可以延长mCRPC患者总生存期（OS）。2020 年 8 月，²²³RaCl₂ 在国内获批上市，截至 2024年12月，有资质开展 ²²³Ra 治疗的医院已达40家，分布18个省。

2.2.1.2 ²²⁵Ac-PSMA治疗去势抵抗性前列腺癌（mCRPC）

²²⁵Ac-PSMA用于mCRPC患者治疗，国内医院已开展其与¹⁷⁷Lu-前列腺特异膜抗原（PSMA）联合治疗提高疗效。

β射线核素是临床核素治疗中最常用的一类核素，β射线组织穿透力强，辐射范围大（1?11 mm），能够直接作用于靶细胞使 DNA单链断裂，还可以通过交叉火力效应和旁观者效应作用于邻近细胞，增强治疗效果。现在临床常用核素为：¹³¹I、³²P、⁸⁹Sr、⁹⁰Y、¹⁷⁷Lu、¹⁶¹Tb 等，与目前常用的核素配体治疗核素¹⁷⁷Lu相比，¹⁶¹Tb（铽-161）具有更为优异的物理性质，比如：能够发射俄歇电子和内转换电子的能力，俄歇电子具有超短的组织射程，且具有高传能线密度，从而能够提高局部病变的辐射剂量，因此它可有效提高肿瘤细胞簇、微转移或微小残留病变的抗肿瘤效果，而这些微小病变的存在通常与肿瘤患者不良结局高度相关^[1]。

2.2.2.1 ¹⁷⁷Lu-DOTATATE 治疗（PRRT）神经内分泌肿瘤

针对分化良好的 G1、G2 级神经内分泌肿瘤 PRRT 治疗前进行 ⁶⁸Ga-SSA PET 显像，可筛选出适合 ¹⁷⁷Lu-DOTATATE 治疗（PRRT）的患者^[2]，国内已开展多中心研究¹⁷⁷Lu-DOTATATE治疗神经内分泌肿瘤，其具有良好的疗效，控制率约为78-79%。此外，¹⁷⁷Lu-DOTATATE的不良反应很小，包括疲劳、恶心、呕吐和激素紊乱^[3]。

国内报道了¹⁷⁷Lu治疗其他肿瘤的临床研究：一例复发性嗜铬细胞瘤伴多发转移的女性患者，在接受4个周期的¹⁷⁷Lu-DOTATATE治疗后取得了极好的疗效。病人没有任何明显的副作用。第四个周期治疗后6个月病情仍稳定^[4]。一种新型的双膦酸盐放射药物⁶⁸Ga/ ¹⁷⁷Lu-DOTA-IBA用于骨转移的靶向诊断和治疗^[5]。¹⁷⁷Lu-FAP-2286治疗肺鳞状细胞癌的研究^[6]。

2.2.2.2 2022 年 2 月 9 日，⁹⁰Y 树脂微球注射液在国内获批上市，适应证为经标准治疗失败的不可手术切除的结直肠癌肝转移，截至2024年12月，国内有资质开展 ⁹⁰Y 树脂微球治疗的医院已达 52 家，分别位于19个省市。

2.2.2.3 2022 年 3 月美国 FDA 批准 ¹⁷⁷Lu-PSMA用于 PSMA 阳性、接受过 AR 通路抑制和紫杉类化疗的mCRPC患者治疗。国内多中心试验显示该药有很好的疗效，并创新与²²⁵Ac-PSMA-617联合治疗显示对晚期mCRPC患者治疗有效，患者耐受性良好^[7]。

国内完成了第一例基于国产新兴治疗医用核素铽(¹⁶¹Tb)的PSMA核素药物（¹⁶¹Tb-NYM032）给药，结果显示¹⁶¹Tb-PSMA 比¹⁷⁷Lu-PSMA能为肿瘤病灶提供更高的吸收剂量，而¹⁶¹Tb-PSMA对剂量风险器官的吸收剂量仅略高于¹⁷⁷Tb-PSMA ^[8]。

2.2.2.4 ¹⁷⁷Lu标记经伊文氏蓝（EB）修饰的长半衰期成纤维细胞激活蛋白配体EB-FAPI（¹⁷⁷Lu-LNC1004）在手术无法切除且经酪氨酸激酶抑制剂（TKI）治疗后仍进展的转移性碘难治性甲状腺癌患者中的应用，所有接受¹⁷⁷Lu-LNC1004放射配体治疗的mRAIR-TC患者¹⁷⁷Lu-LNC1004耐受性良好，未见严重不良事件报告。探索了¹⁷⁷Lu-LNC1004 mRAIR-TC中的初步疗效，有望对晚期TKI治疗失败后的mRAIR-TC患者提供新的治疗策略^[9] 。

硼中子俘获治疗（BNCT）是国际快速发展的尖端肿瘤治疗技术，利用生物靶向与物理靶向技术，实现靶向内照射治疗，可以在细胞尺度内精准“杀死”肿瘤细胞，能够选择性地阻击癌细胞而不会对正常细胞造成损害，有望极大的改善患者生活质量。第一步是将亲肿瘤的¹⁰B （硼 -10）药物注入患者体内，第二步是利用热中子或超热中子照射在肿瘤内引发 ¹⁰B（n，α）⁷ Li 反应产生α和⁷Li 粒子进行肿瘤靶向内照射治疗。2024年4月23日，厦门弘爱医院I期临床试验病房与肿瘤中心联合承接的注册研究项目“NBB-001和硼中子俘获治疗系统的硼中子俘获疗法（BNCT）治疗复发性头颈部恶性肿瘤患者的安全性、耐受性、药代动力学及有效性的I期研究”顺利启动。2014年8月首例左侧足部浅表扩散型恶性黑色素瘤患者采用350mg/kg的剂量静脉注射BPA，中子照射20min。患者在BNCT后1周仅出现轻度头皮屑，4周时发展为2级皮炎，9个月时活检以及25个月时PET扫描均未发现肿瘤。

截止2024 年12月，国内有三家医院装备硼中子俘获治疗系统，分布于厦门、漳州、济南。硼中子俘获治疗将给广大肿瘤患者带来新的希望。