創(chuàng)新型模塊化臺(tái)式小動(dòng)物成像在臨床前PET/CT/SPECT的應(yīng)用

（ 一） 什么是模塊化小動(dòng)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(tái)式小動(dòng)物 PET/CT/SPECT【 1】 。
比利時(shí) Molecubes 模塊化臺(tái)式小動(dòng)物成像系統(tǒng)采用先進(jìn)的小動(dòng)物活體成像技術(shù)， 將原
本體積巨大、 笨重的 PET/CT/SPECT 儀器設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)緊湊、 運(yùn)輸安裝方便的臺(tái)面式儀器， 同
時(shí)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(shè)計(jì)， PET、 CT、 SPECT 為獨(dú)立的儀器， 可組成不同的模態(tài)： 如單模
態(tài)： 單獨(dú)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(shè)計(jì)有很多益處：
1.1.1 速度快， 通量高； 如可同時(shí)開展 PET 和 CT 實(shí)驗(yàn)， 交互使用， 可優(yōu)化實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(dòng)物床， 能自動(dòng)互相配準(zhǔn)， 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(jī)；
1.1.6 可依需求任意升級(jí)組合模塊， 靈活多變；
1.1.7 占地小、 安裝易、 運(yùn)輸方便。
1.2 開發(fā)團(tuán)隊(duì)介紹
Molecubes 成立于比利時(shí)根特大學(xué)（ 比利時(shí)學(xué)術(shù)排名第一） ， 整個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì) 20 年來專
注于圖像重建， 擁有 15 年的蒙特卡洛模擬經(jīng)驗(yàn)和 10 年的成像設(shè)備研發(fā)經(jīng)歷。 軟硬件的設(shè)計(jì)
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(shù)及光學(xué)材料研發(fā)而成， 將使用
的難度及學(xué)習(xí)時(shí)間降到低。 2016 年投產(chǎn)以來已在全球銷售 100+臺(tái)， 遠(yuǎn)超其他同類產(chǎn)品。
（ 二） 技術(shù)
2.1 高質(zhì)量的 PET
2.1.1 PET 模塊采用先進(jìn)的連續(xù)型單晶技術(shù)：
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(zhǔn)確的獲得光子在閃爍晶體中能量沉積的位置與時(shí)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(shí)間分辨率、 靈敏度， 進(jìn)而提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量， 降低成本。 符合
PET 技術(shù)的發(fā)展趨勢。

圖 2.Molecubes 的 PET 連續(xù)型單晶技術(shù) vs 像素化多晶技術(shù)。
2.1.2 在整個(gè)視場具有一致的亞毫米級(jí)別分辨率（0.85mm） 。
2.1.3 探測器靠近動(dòng)物， 同時(shí)具有高分辨率與高靈敏度。
2.1.4 支持低劑量小動(dòng)物動(dòng)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(shí)成像， 無需拼接， 可以動(dòng)態(tài)掃描成像。
圖 3. PET-PDAC 小鼠模型（12.11MBq（327µCi） [18F]FDG， 采集時(shí)間： 10min） ， 研究胰腺腫瘤， 發(fā)現(xiàn)腎臟也有轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)， 避免影像重建時(shí)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(shù)、 迭代重建算法， 放射劑量僅有<4mGy 時(shí)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(dá)到<2.8mGy。
2.2.4 可滿足 1 只大鼠全身成像或 4 只小鼠同時(shí)成像， 可以動(dòng)態(tài)掃描成像。
2.2.5 帶自主屏蔽防護(hù)功能， 符合 FDA 標(biāo)準(zhǔn)。

圖 5. CT 呼吸門控圖： 超高時(shí)間分辨率（10ms） ， 4min， 390mGy。 左圖： 整體整合的圖。 中圖： 呼氣結(jié)束時(shí)的圖， 右圖： 吸氣結(jié)束時(shí)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(shí)成像。
2.3.2 專利的不同規(guī)格的準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)， 采用 3D 打印技術(shù)， 非常輕便小巧， 客戶可根據(jù)被測
小動(dòng)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(shí)成像， 可以動(dòng)態(tài)掃描成像。

圖 6. Molecubes 的 SPECT 準(zhǔn)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(duì)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(dòng)物床， 小動(dòng)物成像時(shí)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(shí)提供
功能性成像和結(jié)構(gòu)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(shí)間： 30min）。

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

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

圖 12. 小動(dòng)物床配置圖【1】 。

圖 13. 4 只小鼠 3D 動(dòng)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(shè)計(jì)友好， 用戶使用界面簡單直觀， 整個(gè)軟件操作在 10 步以內(nèi)， 任何研究人員
在半天的培訓(xùn)后都可以進(jìn)行儀器操作成像。

（ 三） 應(yīng)用領(lǐng)域
3.1 腫瘤學(xué)研究： 腫瘤發(fā)生、 代謝、 細(xì)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià))、 動(dòng)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(píng)價(jià)；
3.5 細(xì)胞示蹤技術(shù)： 干細(xì)胞治療、 各類疾病(神經(jīng)系統(tǒng)疾病、 心肌梗死等)細(xì)胞治療后評(píng)價(jià)；
3.6 新藥研發(fā)： 臨床前實(shí)驗(yàn) （ 生物分布、 藥代動(dòng)力學(xué)） 、 藥物靶點(diǎn)確認(rèn)、 藥物先導(dǎo)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(jié)
Molecubes 模塊化臺(tái)式小動(dòng)物成像系統(tǒng)集合了新的核醫(yī)光電技術(shù)、 光學(xué)材料和模塊化
設(shè)計(jì)理念， 是嚙齒類小動(dòng)物 PET/CT/SPECT。
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參考文獻(xiàn)：
【 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(xué)