創(chuàng)新型模塊化臺式小動物成像在臨床前PET/CT/SPECT的應用

（ 一） 什么是模塊化小動物成像系統(tǒng)？
1.1 模塊化成像系統(tǒng)的優(yōu)勢

圖 1. Molecubes 的模塊化臺式小動物 PET/CT/SPECT【 1】 。
比利時 Molecubes 模塊化臺式小動物成像系統(tǒng)采用先進的小動物活體成像技術， 將原
本體積巨大、 笨重的 PET/CT/SPECT 儀器設計成結構緊湊、 運輸安裝方便的臺面式儀器， 同
時提供高分辨率和高靈敏度， 是市面上可做整只大鼠全身成像的桌面式
PET/CT/SPECT。
Molecubes 為模塊化設計， PET、 CT、 SPECT 為獨立的儀器， 可組成不同的模態(tài)： 如單模
態(tài)： 單獨的 PET、 CT、 SPECT； 雙模態(tài)： PET-CT、 SPECT-CT； 或三模態(tài)： PET-CT-CT， 等。
模塊化設計有很多益處：
1.1.1 速度快， 通量高； 如可同時開展 PET 和 CT 實驗， 交互使用， 可優(yōu)化實驗流程；
1.1.2 各模塊化具有優(yōu)功能表現(xiàn)， 無需相互妥協(xié)；
1.1.3 一次核素注射， 可以完成更多只小動物的成像， 極大地提高了效率并降低成本；
1.1.4 通用的小動物床， 能自動互相配準， 可生成不同模態(tài)組合的圖像數(shù)據(jù)；
1.1.5 如某一模塊維修不影響其他模塊功能及使用， 其他模塊不停機；
1.1.6 可依需求任意升級組合模塊， 靈活多變；
1.1.7 占地小、 安裝易、 運輸方便。
1.2 開發(fā)團隊介紹
Molecubes 成立于比利時根特大學（ 比利時學術排名第一） ， 整個開發(fā)團隊 20 年來專
注于圖像重建， 擁有 15 年的蒙特卡洛模擬經(jīng)驗和 10 年的成像設備研發(fā)經(jīng)歷。 軟硬件的設計
者原本即為使用者， 深知用戶需求， 采用新的核醫(yī)光電技術及光學材料研發(fā)而成， 將使用
的難度及學習時間降到低。 2016 年投產(chǎn)以來已在全球銷售 100+臺， 遠超其他同類產(chǎn)品。
（ 二） 技術
2.1 高質(zhì)量的 PET
2.1.1 PET 模塊采用先進的連續(xù)型單晶技術：
Molecubes 的 PET 模塊使用連續(xù)型的單晶 LYSO， 而不是由小晶體組合而成， 使探測器能夠更
準確的獲得光子在閃爍晶體中能量沉積的位置與時間(DOI)， 具有更高的光子探測效率， 提
高系統(tǒng)的空間分辨率、 時間分辨率、 靈敏度， 進而提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量， 降低成本。 符合
PET 技術的發(fā)展趨勢。

圖 2.Molecubes 的 PET 連續(xù)型單晶技術 vs 像素化多晶技術。
2.1.2 在整個視場具有一致的亞毫米級別分辨率（0.85mm） 。
2.1.3 探測器靠近動物， 同時具有高分辨率與高靈敏度。
2.1.4 支持低劑量小動物動態(tài)成像。
2.1.5 單床可滿足 1 只大鼠全身成像或 4 只小鼠同時成像， 無需拼接， 可以動態(tài)掃描成像。
圖 3. PET-PDAC 小鼠模型（12.11MBq（327µCi） [18F]FDG， 采集時間： 10min） ， 研究胰腺腫瘤， 發(fā)現(xiàn)腎臟也有轉移【1】 。

圖 4. PET 具有高分辨率， 可以做斑馬魚成像【1】 。
2.2 超低放射劑量的 CT
2.2.1 采用滑環(huán) 360 度設計， 避免影像重建時不同 FOV 影像拼接誤差。
2.2.2 CT 模塊的分辨率為 29µm。
2.2.3 具有降噪技術、 迭代重建算法， 放射劑量僅有<4mGy 時也能得到噪音水平很低的非常
優(yōu)質(zhì)的清晰圖像， 小鼠低放射劑量可達到<2.8mGy。
2.2.4 可滿足 1 只大鼠全身成像或 4 只小鼠同時成像， 可以動態(tài)掃描成像。
2.2.5 帶自主屏蔽防護功能， 符合 FDA 標準。

圖 5. CT 呼吸門控圖： 超高時間分辨率（10ms） ， 4min， 390mGy。 左圖： 整體整合的圖。 中圖： 呼氣結束時的圖， 右圖： 吸氣結束時的圖， 兩者顯示肺的容積相差 34%【1】 。
2.3 理想的 SPECT
2.3.1 SPECT 模塊可使用三種不同放射核素同時成像。
2.3.2 專利的不同規(guī)格的準直器設計， 采用 3D 打印技術， 非常輕便小巧， 客戶可根據(jù)被測
小動物的體積種類自行替換， 方便快捷。
2.3.3 可滿足 1 只大鼠全身成像或 4 只小鼠同時成像， 可以動態(tài)掃描成像。

圖 6. Molecubes 的 SPECT 準直器， 重量僅為其他品牌的 1/3【1】 。

圖 7. 不同放射性劑量的 SPECT 圖像對比， 可以低劑量成像【1】 。
2.4 組合圖像
2.4.1 PET/CT/SPECT 通用的小動物床， 小動物成像時固定。
2.4.2 可得到組合的圖像， 圖像完美疊加吻合， 如 PET-CT、 SPECT-CT 組合圖像， 同時提供
功能性成像和結構性成像信息。

圖 8. 來自肺腫瘤模型研究的小鼠的 PET(左)和 PET/CT（ 右） 圖像， 6.47MBq（ 175μ Ci）
[18F]FDG， 15min PET【1】 【2】 。

圖 9. SPECT/CT 組合圖像， 檢測小鼠的甲狀腺（9.4MBq（250µCi） I123， 采集時間： 30min）。

圖 10. 大鼠骨骼的 PET/CT 成像（10.29MBq(283µCi) [18F]NaF， 采集時間： 45min） 。

圖 11.藥物代謝研究： 20min 動態(tài) PET/CT 圖像， 藥物對肝臟有毒性， 不能殘留在肝臟里， 動
態(tài)成像最后肝臟不亮， 說明沒有藥物殘留【1】 。
2.5 功能強大的小動物床
2.5.1 PET/CT/SPECT 都配備小動物床， 固定小動物， 互相通用， 適合拍攝組合圖像。
2.5.2 可同時監(jiān)控小動物心率、 呼吸、 體溫等生理指標， 可保持體溫。
2.5.3 預留鼠尾位置孔， 便于鼠尾注射進行動態(tài)成像。
2.5.4 可同時做 4 只小鼠或 1 只大鼠。
2.5.5 小動物床與 Bruker 的 MRI 兼容。

圖 12. 小動物床配置圖【1】 。

圖 13. 4 只小鼠 3D 動態(tài)圖【1】 。
2.6 使用便捷性
2.6.1 PET/SPECT/CT 控制電腦為蘋果的 iPad； 分析數(shù)據(jù)是蘋果的 Mac Workstation；
2.6.2 軟件設計友好， 用戶使用界面簡單直觀， 整個軟件操作在 10 步以內(nèi)， 任何研究人員
在半天的培訓后都可以進行儀器操作成像。

（ 三） 應用領域
3.1 腫瘤學研究： 腫瘤發(fā)生、 代謝、 細胞凋亡、 淋巴管成像、 乏氧成像、 腫瘤受體研究、 腫
瘤基因成像、 腫瘤治療評價等；
3.2 神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究： 腦灌注成像、 腦受體成像、 腦部代謝成像、 神經(jīng)退行性疾病研究（ 阿
茨海默氏病、 帕金森） 、 炎癥分子影像等；
3.3 心血管系統(tǒng)疾病研究： 心臟病(冠心病、 心衰、 心臟移植后評價)、 動脈粥樣硬化、 血栓、
心臟神經(jīng)受體研究等；
3.4 基因治療成像： 基因治療的分子影像評價；
3.5 細胞示蹤技術： 干細胞治療、 各類疾病(神經(jīng)系統(tǒng)疾病、 心肌梗死等)細胞治療后評價；
3.6 新藥研發(fā)： 臨床前實驗 （ 生物分布、 藥代動力學） 、 藥物靶點確認、 藥物先導化合物
篩選；
3.7 其他： 感染性疾病、 代謝類疾病研究等。
（ 四） 總結
Molecubes 模塊化臺式小動物成像系統(tǒng)集合了新的核醫(yī)光電技術、 光學材料和模塊化
設計理念， 是嚙齒類小動物 PET/CT/SPECT。
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參考文獻：
【 1】 Molecubes 網(wǎng)站： http://www.molecubes.com/
【 2】 圖片來自于 Feldser Lab， 美國賓夕法尼亞大學