小动物 PET、 SPECT、 CT 系统

1 成果简介

分子显像的含义是在细胞和分子的层面上，对动物或人体内的生物过程进行活体的、无创的、高分辨率成像。与侧重研究疾病的症状和后果的传统影像诊断技术相比，分子成像探测分子异常性和基因表达的变化，从而深入到疾病的基础和本源层次。作为探索、解释生命过程奥秘的有效新方法和新手段，分子影像学研究对了解生命的生理、病理过程，以及对疾病的早期诊断与治疗均具有重要的科学意义和应用价值。 人类的许多疾病和损伤都可以在动物上建立模型，分子医学研究需要进行动物实验。小动物，尤其是老鼠，饲养成本低，繁殖快，特别适合采用基因剔除和基因插入的方法来得到转基因动物，分子医学发展需要专门的核医学成像技术。 在新药研制的动物实验阶段，核医学成像技术，包括单光子发射断层成像系统（ SPECT）和正电子断层成像系统（ PET），可以在体外无损地跟踪药物在动物体内的代谢过程，从而提高药物研发效率、缩短新药研发周期。 小动物成像对系统的要求首先是空间分辨率。目前用于人体 SPECT，空间分辨率极限为 10mm（分辨率体积约 1ml）；最好的 PET 空间分辨率可以达到 4mm 左右。而小动物成像要求空间分辨率要有 1-2mm（分辨率体积几个 μl），最好达到亚毫米水平，这基本上是核医学成像技术所能达到空间分辨的物理极限。 设备成本对小动物成像系统的推广应用来说十分重要，它不仅仅是商业问题，而且是实实在在的技术问题—如何利用最少的资源实现所需要的高性能。目前临床 PET 的价格在一百万美元左右，而小动物 PET 的价格应该控制在几十万美元，这对现有的技术还比较困难。因为毫米级分辨率的小动物 PET，探测单元数和临床 PET 在同一个水平；探测系统中最昂贵的部分不是闪烁体，而是光电器件（光电倍增管、光电二极管、半导体光电读出器件）和前端电子学，后二者的造价与探测单元数目成正比； 成本的降低需要引入更新的探测技术。 清华大学在位置灵敏射线探测器研究上取得了许多重要的研究成果，利用这些技术研制的小动物 PET/SPECT/CT 复合系统（图 1）可以达到目前国外同类产品相似的指标，而制造成本只有它们的 70%左右。 图 1 小动物 PET/SPECT/CT

2 技术指标

3 应用说明

和临床核医学成像设备的应用一样，分子核医学的研究除了需要进行功能显像外，最好有相应的解剖图像进行融合和空间定位。清华大学的 PET/SPECT/CT 系统很好地将这三种成像设备整合在一起，起到 1+1+1 大于 3 的作用。该系统可独立出售 PET/SPECT/CT 三种功能中的任何一种成像设备，也可在原机架随时升级为两功能或三功能设备。

4 效益分析

小动物影像技术在分子生物学研究中是不可或缺的技术手段。同时由于小动物 CT 具有微米量级的分辨率，小动物 PET 和 SPECT 可以反映动物的新陈代谢，它们在生物药理学中占有重要的地位，目前在西方大型药厂几乎都建有自己的影像实验室，而小动物 PET、SPECT和 CT 是其必备的研究工具。随着中国药物自主研发的进行，这些影像设备也必将在中国的新药研发中扮演重要角色。 在美国，投入商用的动物 PET 市场主要由 Siemens、 GE、 Gamma Medica 和 Philips 占领。目前装机超过 300 台，价值 2 亿美元（图 2）。 图 2 美国小动物 PET 的装机量和平均价格 美国目前投入商用的动物 SPECT 市场主要由 Gamma Medica 和 Bioscan 占领。 Gamma Medicaza 在动物 SPECT 市场占有举足轻重的地位。 图 3 美国小动物 SPECT 的装机量和平均价格 美国的动物 CT 市场主要由 GE、 Siemens、 Scanco 和 Skyscan 瓜分。 Siemens 和 GE 在动物 CT 市场占有主导地位。 图 4 美国小动物 CT 的装机量和平均价格

5 合作方式

成果转让或继续开发研制医用 PET 和 SPECT。