認識正子電腦斷層掃描 

姚 維 仁

 背 景 

    由於分子生物學與遺傳學之大幅進步，業已進入「分子醫學」階段；核子醫學亦因迴旋加速器與正子電腦斷層攝影儀之發展，得以進行活體生化造影，而邁向「分子核醫學」新紀元；至此人體各器官局部代謝與細胞傳導各種功能影像乃得以遂行，以達成早期診斷、早期治療之目的；尤以神經科學、心臟學及癌症學上的研究與應用已發揮重大貢獻；因而雖所費至鉅，然而各先進國家莫不大力發展；目前全球計有一百五十個迴旋加速器中心，總計260座正子電腦斷層掃描儀；其中美國為科技超強國家，擁有60個迴旋加速器中心及120座正子電腦斷層掃描儀。我們的鄰近國家─日本也有21個迴旋加速器中心及35座正子電腦斷層掃描儀。我國於八十一年十一月由政府斥資於台北榮民總醫院成立「北部國家多目標醫用迴旋加速器中心」，北部台大醫院亦於八十四年三月由該院預算設置我國第二部正子電腦斷層掃描儀。中部中山醫學院急起直追八十七年購置三部正子電腦斷層掃描儀，並於八十八年四月已開始運轉，服務中部病患。此外，長庚醫院及臺北醫學院正與廠商議價中，三軍總醫院已編列預算及預留空間準備成立「迴旋加速器中心」，新光醫院及臺中榮民總醫院正審慎評估，欲謀定而後動；惟獨南部地區尚無此計劃。國立成功大學醫學中心為南部醫學重鎮，位居雲、嘉、南、高屏地理位置之中心，為嘉惠南部病患，並提升南部醫學及基礎科學研究水準，實有必要籌設「南部國家醫用迴旋加速器及正子電腦斷層掃描中心」。

 PET之重要性 

在醫學影像中，放射科包括X光電腦斷層造影﹝CT﹞與磁振造影﹝MRI﹞乃屬以解剖為主之專門，核醫則以功能為主之專門，而解剖變化常為功能失常之結果。傳統核醫造影多屬生理功能造影，局限於生理功能之測定﹝如腦血流量、胃排空率等﹞，對病患早期診斷、治療方針、追蹤監測固有莫大重要性，然核醫造影因正子電腦斷層造影與迴旋加速器之應用獲得重大突破，而步入人類活體生化造影﹝imaging of in-vivo biochemistry in man﹞新紀元，可在毫無傷害性情下，逐行各器官局部代謝﹝regional metabolism﹞之臨床造影，對醫用生物基礎知識之進展與臨床應用均有劃時代之影響。

 PET之定義 

正子電腦斷層掃描乃利用正子放射藥物及其專用掃描儀以定量斷層影像方式提供人體重要生理與生化訊息的一門核醫科技。

 PET之呈像原理 

正子是電子的反粒子，與電子有相同質量。在原子核中，質子數多於中子數的同位素為達穩定狀態，便可能發生質子轉變為中子而釋出正子與微中子現象，所釋出的正子會與鄰近物質之電子結合而互燬﹝Annihilation﹞，因質能互換產生方向相反而能量相同﹝511KeV﹞的兩個伽瑪射線。為同時補捉二伽瑪射線，PET的偵測器必需成對設計，當兩相對的偵測器同時偵測到伽瑪射線時即形成有效事件，這個過程叫相符偵測﹝coincidence dectection﹞。再將一排偵測器上所測得之所有計數資料視為某一角度之線積分，利用影像重組原理將各角度之投影資料作反投影工作，便可求出原始分佈影像圖來。

 PET之系統構造 

以Siemens ECAT EXACT HR為例，其偵測器由三組八環單元所構成，若偶合偵測發生在同一環上，則此資料可用以產生direct plane image，若偶合發生在兩個鄰環的偵測器上，則這些資料可用以產生cross plane image，在ECAT EXACT HR上因有24個DIECTE PLANE與23個cross plane，故可形成47個斷層面。環的直徑為82公分，可作全身掃描，其空間解像力約為4毫米。

 PET之檢查步驟 

 PET之臨床應用與研究發展 

一、腫瘤學方面

癌症近年來高居全國十大死因之首，我國實有必要對癌症病灶之生化變化與生長情形予以了解，能擬定治療對策。PET之問世能直接對腫瘤異常生化表徵(biochemical phenotype of malignancy)予以造影及定量測定，其測定功能包括：腫瘤局部血流、耗氧量、氨基酸代謝、葡萄糖代謝、酸鹼值、血腦屏障、腫瘤接受器等研究。其發展方向則包括：

1.良惡性腫瘤之區分─肺部結節

2.惡性分化程度之評估─腦瘤

3.局部轉移之偵測─肺癌、乳癌

4.全身轉移之偵測─各種癌症

5.治療成效之監測─需接受化學治療之癌症

6.腫瘤復發之偵測─大腸癌、卵巢癌

7.放射性壞死與腫瘤復發之鑑別診斷─腦瘤

8.動情素接受體檢查─乳癌

二、心臟學方面：

過去醫界對於心臟病之研究多著重於解剖結構、冠狀動脈以及心臟整體或局部功能之探討，而對於心臟之代謝尤其是局部心臟病變與代謝異常之間的關係，所知極為有限。PET之發展能正確、真實地反應心臟之生化代謝情形，能早期偵測心肌組織病變所導致的代謝功能異常情形，及時進行早期治療。

發展之重點主要為：

1.心肌存活細胞之偵測─對於急性心肌梗塞後之病患，能偵測其心肌缺血處有無存活細胞，以篩選需手術治療或介入性治療的病患，並防止進一步梗塞的發生。

2.冠狀動脈疾病之偵測─能比目前核醫或超音波檢查更早期正確的偵測心肌缺氧現象。

3.擴張性心肌病變之偵測。

三、神經學方面

1. 腦中風

由於PET對於腦部局部代謝率及血流量能進行精確的評估，因此在腦中風(即腦血管病變)的診斷、治療及預後的評估貢獻甚大。於中風初期無論是電腦斷層或是核磁共振攝影皆無法顯現出來，此時PET可以用代謝量的降低為病變位置之定量，而在治療過程中以PET進行追蹤可以發現結果持續異常者，其預後較差。

2. 癲癇症

癲癇症為常見的神經科疾病，於病人未發作時電腦斷層及核磁共振檢查是正常也僅能靠PET檢查中呈現之局部血流量或代謝率的降低來做為癲癇病灶之推定。在擬進行手術治療的病患PET是極佳的非侵襲性檢查。

3. 失智症

失智症(即癡呆症或亞次海默症Alzheimer’s disease)在早期當臨床上尚無法診斷之前，PET即可在特定之頂葉及顳葉顯示異常。失智症的早期診斷有助於早期治療以減緩失智症之加重，進而提昇病患生活品質、並減低醫療照顧成本。

4. 巴金森氏症

巴金森氏症(Parkinson’s disease)的病患於進行腦部交感性組織移植之前，也宜以PET Scan做術前之評估及術後之追蹤。

四、精神疾病方面

以往精神疾病之腦部研究多從死後(postmortem)或其他腦部病變作間接的研究。如今，由於PET發展之突破，大腦疾病的研究可以在活體(In vivo)下作動態的直接研究，以探討各類精神疾病的病因，病理及治療研究，並可能成為將來重要之診斷工具之一。

目前發展之方向包括：

1.憂鬱症(Depression)與癡呆症(Dementia)的鑑別診斷

(1)癡呆症若以抗鬱劑治療，其抗膽鹼作用(Anticholinergic effect)會惡化癡呆症狀。

(2)憂鬱症(又叫假性癡呆)若誤為癡呆症而延誤治療，可能危及生命，所以明確的鑑別診斷深具臨床實用價值。

2.精神分裂病

3.情感型精神病症(躁症或鬱症)

4.飲食障礙(厭食或暴食)

5.強迫症

6.恐慌症

7.社交畏懼症

8.藥物濫用

五、電腦影像處理方面：

核子醫學部對於人體生理之探討，扮演十分重要的角色。尤其在對各器官功能的量測與評估方面，更能補足一般放射掃描重於器官結構影像的缺失。正子電腦斷層攝影技術（PET）尤其是近年來核子醫學技術之重大突破，能提供更真實與準確之人體生理代謝之觀察，尤其心臟、腦部及腫瘤之臨床評估上已被肯定與使用。由工程的角度觀察則發展之重點應在：

1.改進正子成像技術

2.整合功能性與解剖性影像媒介(modalities)

3.定性與定量病灶評估與量測

4.製作衍生性醫療影像網路與系統

5.基礎理論探討及其他精密的臨床研究。

 PET之獨特優點 

 結 語 

PET是一種可測量人體生化與生理變化的無侵害性先端醫學診斷工具，可在器官結構發生病變之前即偵測出其生理變異，其臨床及研究用途至為廣泛；國立成功大學醫學中心為南部醫學重鎮，位居雲、嘉、南、高屏地理位置之中心，實有必要籌設「南部國家醫用迴旋加速器及正子電腦斷層掃描中心」，以嘉惠南部病患，並提升南部醫學及基礎科學研究水準。