PETMRintro TAMRT

核子醫學科暨分子影像中心
DepartmentofNuclearMedicineandMolecularImaging
林口長庚紀念醫院 Chang Gung Memorial Hospital, Linkou
PETMR 簡介
Experiences of NM Dep. C.G.M.H.Linkou
Camus C.Y. Wu 吳志毅
NM&MI Dep. of C.G.M.H. Linkou 林口長庚核醫暨分子影像科
Medical radiation technologist 醫事放射師
醫事放射師公會全聯會繼續教育講師
- 醫放全聯會線上教育課程

PETMR簡介
PETMR的基礎
PETMR的臨床應用
PETMR的挑戰

PETMRI的基礎
為何需要PETMRI？

MRI的波序與應用

MRI的波序與應用_Perfusion MRI與血流血流量的關係
Gd
Gd
wash in wash out
流速快慢？
滯留時間？
流量多寡？

MRI的波序與應用_Perfusion MRI與血流血流量磁場變化的關係
wash in wash out
concentration
time

MRI的波序與應用_Perfusion MRI與血流血流量的關係
wash in wash out
Gd
Gd
流速快慢？
滯留時間？
流量多寡？

MRI的波序與應用_Perfusion MRI與血流血流量磁場變化的關係
T2 DSC (dynamic susceptibility contrast-enhanced)
Intensity(AIF)
time

MRI的波序與應用_Diffusion MRI與組織間隙的關係
＊一定程度
2位早發性失智症的PETMR神經學影像的延伸討論

MRI的波序與應用_fMRI與區域耗氧量的關係

餵食量 ≠ 實際養分利用
水中含氧量 ≠ 實際利用的氧氣

正子在「腫瘤檢查」的應用原理
主要利用一些特定的路徑來找出「原發」
及「轉移」病灶，或是評估其「分裂或
活躍程度」並進行分期，這些路徑包括：
①新陳代謝路徑。
②細胞合成所需物質（氨基酸、蛋白質）。
③特定的激素、賀爾蒙與其受體。
④腫瘤內或外圍壞死、膿瘍與缺氧處。
使用F-18 FDG C-11L-Methioine
進行腫瘤偵檢

正子在「心臟檢查」的
應用原理，除了應用「血流分
佈」進行血流灌注與耗氧量分
析外，還可以利用「神經傳導
物質-受體」或以「新陳代謝」
路徑，藉由「葡萄醣」、「脂
肪酸」等評估心臟功能。
▲常見的存活心肌偵檢方式

正子在「神經學檢查」的
應用原理，多半應用「血流分佈」
或是利用「新陳代謝」路徑、
「神經傳導物質-受體」等路徑，
進行腦部整體或區域之血流(rCBF)、
耗氧量（CMRO2）等新陳代謝功能評
估，或是針對特定功能性疾病進
行檢查。
正常（ ▲ ▲ ）與異常（ ▲ ）基底核的
F-18 FDOPA造影

PET
MR PET-MR

PETMRI的基礎
PETMRI的演進

GE PET/CT+MR Trimodality Solution

BrainPET for MAGNETOM Trio, 11.17.2006

MR與PET掃瞄端分離的獨立式設計
MR與PET掃瞄端整合於一處的整合型設計.
12. 2010 公開發表的商業機型

PET-MR 當年的難題
PET元件不能遮蔽與干擾RF。
PET元件不能破壞MRI磁場均勻度。
MRI元件不能造成光子衰減。
強磁場下傳統PMT會死翹翹。
衰減校正與散射分率修正。

▲ SIEMENS system. Dep. of Nuclear Medicine and Molecular Imaging C.G.M.H.
▲ GE system. Dep. of Radiology U.H.Z.

SIEMENS GE
Head 12 ch 8 ch
HEAD＆Neck 16ch 19 ch
Spine 24 ch 14 ch
Body 6 ch x 4 UAA+LAA = 14 ch
Additional coils
N = 未經CTAC
Breast 4ch
L/S Flex N
Knee N
Foot/Ankle N
Hand/Wrist N
L/M/S Flex N
Breast 8ch N
not standard configuration

CGMH SIEMENS mMR wCTAC coil

UAA+LAA = 8.1 kg，PET/MR scan length:140cm
4 TIM coils = 4 kg， PET/MR scan length:200cm

PET-MR 當年的難題
PET元件不能遮蔽與干擾RF。
PET元件不能破壞MRI磁場均勻度。
MRI元件不能造成光子衰減。
強磁場下傳統PMT會死翹翹。
衰減校正與散射分率修正。
V
V
V

解決強磁場下PMT的困擾

解決強磁場下PMT的困擾 – lutetium based semiconductor detector

PMT APD SiPM
MR compatibility N Y Y
Detection efficiency 25% 40~50% *1*2
40~50% *1*2
Coincidence timing resolution 0.45~0.55 nS 2 nS 0.35 nS
Gain 10 6
~ 10 8
0.18 x 10 5
10 6
Temperature coefficient of Gain < 3% per℃ < 0.8% per℃ < 2% per℃
Excess noise factor NA <1 <1.15
Amplifier board
(Amplifier Gain - Signal rise time)
NA 20~60X – 5nS 10~20X – 0.7nS
*1 Sensor area 3x3 mm2
, between 500 ~ 700 nm.
*2 Peak sensitivity wavelength: 580 nm at VR using a 50nS integration window and a 1.0nF shaping capacitor.

▲ SIEMENS APDs system. Dep. of Nuclear Medicine and Molecular Imaging C.G.M.H.
▲ GE SiPM system. Dep. of Radiology U.H.Z.

傳統「區塊偵檢器」中「總訊號量（E）」
和「訊號分布加權（X,Z）」分別等於：
E = A+B+C+D
X = (B+D)/E
Z = (C+D)/E

SIEMENS整合型PETMR每個block改以9
個APD虛擬傳統4個PMT的位置：
A= 2(0)+(1)+(3)+(4)
B= 2(2)+(1)+(5)
C= 2(6)+(3)+(7)
D= 2(8)+(5)+(7)+(4)
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SIEMENS GE
PET FOV (z axial) 25.8 cm 25.0 cm
PET crystal dimension 8x8x20 mm
3
5.3x4x25 mm
3
Number of Detector Rings 64 45
Total crystals / plans 28,672 / 127 20,160 / 89
Transaxial FOV 60 cm 60 cm
Axial FOV 25.8 cm 25.0 cm
Reconstruction method
enhanced resolution and quantitative accuracy with
detector modeling 3D scatter random correction.
3D reconstruction
HD : wPSF
3D reconstruction
SharpIR
VPFX : wTOF
VPHD
Matrix Dimension (X ^2) 128172256344512 128192256

SIEMENS GE
Transaxial Spatial resolution @ 1cm NEMA 4.4 mm 4.2 mm
- with High-Definition (HD) method 2.2 mm 3.7 mm
Transaxial Spatial resolution @ 10cm NEMA 5.2 mm 5.2 mm
Axial Spatial resolution @ 1cm NEMA 4.5 mm 5.8 mm
Axial Spatial resolution @ 10cm NEMA 6.7 mm 7.1 mm

第二堂課開始囉！

衰減校正與散射分率修正

PET影像構成必須包括三組資訊：
① Emission data
② Attenuation correction factor (ACF)
③ Normalization data
衰減校正與散射分率修正 – Attenuation correction factor (ACF)
MRAC的挑戰：MR訊號與電磁波密度無關。
PET影像構成必須包括三組資訊：
① Emission data
② Attenuation correction factor (ACF)
③ Normalization data

‧對應解剖模版法：
①將MR影像與已知衰減係數的解剖模版合併。
②由解剖模版推測該處的衰減係數。
優點：
① 可估算骨頭等複雜部位的μ值。
② 沒有直線衰減係數混雜（binned,
會降低解析力）的問題。
缺點：
① 需要大量且具有代表性的數據。
② 解剖上的異常無法控制。
③ 受限於transformation map的準確性。

‧MR訊號分類法：
①將不同組織型態的MR影像做分類。
②套用相對應的衰減係數。
優點：
① 方便快速。
② 不易受解剖上的異常影響。
缺點：
① 會有衰減係數混雜的問題。
② 如骨頭或一些複雜組成的部位，
MR訊號無法分類。

MRAC的可行方法：
‧對應解剖模版法：
①將MR影像與已知衰減係數的解剖模版合併。
②由解剖模版推測該處的衰減係數。
‧MR訊號分類法：
①將不同組織型態的MR影像做分類。
②套用相對應的衰減係數。

μ map對應衰減係數（cm-1）
空氣(背景) 0
肺部 0.0180~0.0224
脂肪與骨髓 0.0854~0.0860
軟組織 0.1000
骨頭 > 0.1050
※ pixel :cm-1 = 1/10,000

M L A A
Maximum Likelihood reconstruction
of Attenuation and Activity

VIBE-DIXON→Fat&Water
↓
Lungsegmentation
↓
Remnosignalareas→Air(Bkg)
↓
ExtendFOVifneed

PET → PETCT → PETMR
Ge-68Cs-137 rodsource
Ge-68 cylinderphantom + emissionconversionfactor(ECF)
衰減校正與散射分率修正 – Emission conversion factor (ECF)

你的SUV怎麼來的？

PETMRI的基礎
整合型PETMRI的結構

SIEMENS GE
Peak Amplitude 45 mT/m 44 mT/m
Peak Slew Rate 200 T/m/s 200 T/m/s
Maximum FOV 50 cm 50 cm
‧
‧
‧
‧
‧
‧

GE Daily check wACR Phantom
CGMH monthly shim check
CGMH ADNI Phantom check

PETMR的臨床應用
為何需要PETMRI？

影像的診斷
■ F-18 FDG mMR scan of Brain tumor Head&Neck ca.

影像的診斷
■ F-18 FDG mMR scan of Lung ca. Breast ca.

影像的診斷
■ Brain tumor w C-11 Acetate
■ Thyroid ca. w I-124 sodium
■ Prostate ca. w C-11 Choline

■ Sequences of brain meta. detection ■ Sequences of NET
影像的診斷

PET＋MR fusion
a billion dollars
？

■ Dementia_ amyloid PET image w MRASWIfMRI
影像的定量與定性

■ Dementia_ FDG PET image w MRASWIrest fMRI

影像的輔助定位
■ Dementia_ FDG PET image w SWI

■ Dementia_ FDG PET image w fMRI
ImageQuantitativeandAnalysis
Alterations in Brain Network Topology and Structural-Functional Connectome Coupling Relate to Cognitive Impairment https://doi.org/10.3389/fnagi.2018.00404

■ Brain tumor_ C-11 Acetate w wash inout, ktrans, MRS

■ Brain tumor _ F-18 FDG w DTI fiber tracks
影像的輔助定位

■ Breast ca._FDG w mean curve

■ CVS disiz_ C-11 Acetate w MR perfusion T1 mapping

PETMR能提供什麼？
診斷分期定位→療效評估→預後追蹤
影像特性的相互整合：增加靈敏度或特異性
影像特性的相互佐證：增加準確性
定量與定性：增加一致性

整合資訊的價值
● F-18 FDG / DCE IAUC(Ktrans) FUSION
● C-11 ACT / Diffusion b200 FUSION

第三堂開始囉！

Parametric Images
total lesion glycolysis (TLG)

Parametric Images

Parametric Images
APT-weighted MRI: Techniques, current neuro applications, and challenging issues
https://doi.org/10.1002/jmri.26645
Association between tumor acidity and hypervascularity within human gliomas using pH-weighted amine chemical exchange
saturation transfer echoplanar imaging (CEST-EPI) and dynamic susceptibility contrast (DSC) perfusion MRI at 3T

PETMR的挑戰
整合型PETMRI的挑戰與限制

傳統MR的磁體厚度（長磁體）
超導磁體
RF coil
Gradient coil
整合型PETMR的挑戰與限制 –PET元件對MRI結構的影響

PETMR的磁體厚度（短磁體寬孔徑）
超導磁體
RF coil
Gradient coil
PET detector
• 較差的均勻度
• 較差的對比
• 較差的冷卻

磁場內電子元件對EPI影像的干擾？

二極體的缺點：
面積與價格成非線性正比。
面積決定散熱效能。
→ 散熱效能決定性能。
→ 散熱效能影響穩定性。
EPI波序的產熱干擾？

整合型PETMR的挑戰與限制 –MRAC與SHIM的正確性

THE JOURNAL OF NUCLEAR MEDICINE • Vol. 56 • No. 7 • July 2015
SIEMENS 5 compartment AC

SHIMfailureandMagnetinhomogeneous
DIXON AC error

MLAA
or
overcorrectionAA？

SIEMENS GE
MRAC method 4(5) compartment
(Dixon-VIBE +UTE)
4 compartment
(IDEAL-LAVA)
Whole body AC wBone YES 無
Truncation artifact correction
MR based HUGE
(tracer independent)
MLAA
(FDG only)
SKULLAC UTE ZTE
Shimming (patient specific) 1st and 2nd order shim 1st order shim.
respiratory gating YES YES
Brain PET MR based motion correction YES 無
Body MR based motion correction YES 無

T.O.F. (Time of Flight )技術在PETCT
相當成熟並有價值：
1.改善PET影像上因CTAC金屬
假影（metalartifacts）的問題。
2.提升PET影像品質。
整合型PETMR的挑戰與限制 – T.O.F.＆ P.S.F.& metal AF
邁向全數位時代的正子造影

Quantitative comparison of PET performance, Karlberg et al. EJNMMI Physics (2016) 3:5
PSF（Point spread function )可以得到更
好的影像品質與定量準確度。

順磁性金屬造成磁場不均勻後
是沒有MR訊號的。
然而，沒有AC沒有PET！

以μ map自行修正金屬假影的注意事項：
1.建議改以PET或PET/CT為檢查首選。
2.未經認證，不宜用於臨床診斷。
3.應使用UTEμmap以避免衰減係數變異影響之後重
組的PET影像。
4. 顱底或骨頭分佈過多的區域不適用。
5. 擺位時應該盡量保持左右對稱減低幾何上變數。
6. 務必停用PSF或VUE等功能，以免造成SUV數值
錯誤或誤判（如失漏淋巴結）。

I. J. Radiation Oncology d Biology d Physics Volume 81, Number 1, 2011
整合型PETMR的挑戰與限制 –PET與MRI病理資訊一致性

整合型PETMR的挑戰與限制 –PET與MRI病理資訊一致性
● PET MOTION CORRECTION w EPI(BOLD)img
PLOS ONE | www.plosone.org 11 November 2012 | Volume 7 | Issue 11 | e48149

整合型PETMR的挑戰與限制 –繁瑣與冗長的檢查程序
GE
GeometryEmbracingMethod
SIEMENS
TIM CT Fastview

整合型PETMR的挑戰與限制 –繁瑣與冗長的檢查程序

結論

Simple ≠ Easy

PETMRintro TAMRT

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