PET 基本上可以认为是一种在体放射自显影技术，首先用回旋加速器生产的短寿命正电子发射核素标记感兴趣的生物分子，然后将其经静脉注入人体。围绕该人体头部的正电子断层仪，将动态记录示踪剂在体内正电子湮灭所产生的 511keV 的符合光子对。经过对采集的数据进行散射和组织衰减校正后，用断层计算方法重建出在脑内正电子发射体绝对定量化的 3D 分布图像。最后，利用数学模塑将随时间变化的示踪剂浓度图转换为生理参数图。受 PET 内在的空间分辨率粗糙和信号—噪声比低等缺陷的制约，通常需要利用相应 MRI 结构信息或解剖模版方式对多个体的 PET 图像进行平均。PET 操作的全过程参见图 39-4。

步骤

用于人类神经科学研究的 PET 操作步骤主要根据所用放射性示踪剂而变；但相互间也有共同的特点，可以用应用最广泛的 PET 实验方案作为代表，即使用放射性水进行的认知功能成像。

一、用 H₂¹⁵O 进行认知脑功能成像

检查前准备

1.自动化注射器准备。插入新的无菌管路、阀和生理盐水袋。启动加速器和水生产线。对放射性水生产系统进行标定，保证每次注射量在 5~6mCi。在无菌小瓶内保存一剂产品并送到实验室进行质量控制。

2.PET 机房准备。安装脑激活所需的各种实验设备（计算机显示屏、耳机等)、行为响应记录设备（眼电图、心电图、鼠标垫等)。必要时在 PET 仪四周挂黑幕。

3.受试者准备。带好头盔（或头托）并安装好必要设备（反光镜、耳机等)，受试者仰卧于 PET 检查床，将头盜固定于头托，在左上肢建立静脉输液通路，并与水注射器连接。

4.受试者体位。将受试部位定位于 PET 探测野内，利用 PET 仪的激光定位线调准解剖标志。在受试者皮肤表面用墨水笔作好位置参考标志（用于整个 PET 实验中控制受试者头部位置)。

采集

5.透射扫描。用 ECATHR+进行脑透射扫描的标准为 lOmin，共采集约 130M 计数。

6.生产放射性水。在水注射器中收集放射性水 6 min，受试者做认知实验准备。在正式注射之前 lmin，打开 PET 仪激光定位线再次调整受试者的头部位置。

7.发射扫描（图 39-6)。启动水注射、认知刺激和 PET 采集。经典步骤是先注射水，当水进入受试者静脉 30s 后开始认知刺激。当放射性到达脑部后，即头部总计数率高出本底 400% 以上时，开始 PET 采集。每次采集 90s, 采集结束后打开激光定位线确认头部位置，在实验记录本记入注射剂量。根据需要，可再次启动水生产准备下一步实验，询问受试者。

8.图像重建。一次采集后在线重建出 63 层横断面图像以供质量检验。经典的重建参数为：128X128 矩阵，3D 滤波参数，衰减、散射和随机事件校正。将原始数据存入长期存储介质，重建图像存入实验文件夹。

9.重复步骤 6~8, 直到完成整个方案。一般经典的脑激活实验包括 8~12 次重复注射，每次间隔 8 min(图 39-6)。

10.完成全部实验后，询问受试，并检查水注射器标定情况。

图像处理

图 39-5 显示了对 PET 数据进行图俛处理的不同步骤，表 39-3 介绍了在各处理步骤可用的部分免费软件包。

11.肉眼观察所获得的全套图像排除明显伪像，把厂家的图像模式变换为标准 (ANALYZE) 模式。

12.单例研究。用 AIR 软件包将每次采集的图像配准到首次采集。在可能条件下，将 PET 图像与 3DMRI 图像配准。在 MRI 图上确定脑轮廓，计算每次采集脑的平均放射性活度，并用之作为标准化因子。计算对比图像（任务图像-对比图像)、阈值，将图像重叠于 MRI 图像，观察结果。

13.使用 SPM 进行多对象研究。

结果

本节将介绍用 15O 标记水进行的静默动词生成实验所获得的完整的 PET 研究方案 (实验设计、采集、数据分析和结果)。

一、实验设计

从 SnodgrassVanderwartPicture260 开始，选择一系列明确的名词。选择那些单或双音节的名词，可在 IOs 内派生成至少 3 个动词，有较高的初始反应相关强度者构成词表，供 PET 研究时应用。用右手的 6 位青年男性志愿者（年龄 21~25 岁）作为实验对象，通过 PET 和 15O 标记水，每例进行了 6 次归一化局部脑血流（NrCBF) 测定，连续 2 种实验条件，每种条件重复 3 次：①静默对照状态；②通过耳机以〇?IHz 频率读出名词，静默生成与之语义相关动词。实验过程中受试者闭目，完全避光。

二、扫描过程

每一次实验均通过 PET 显像获得全脑 31 层连续层面像，所用设备为 ECAT953B/31 型，层面分辨率 5 mm。发射扫描采集时隔栅伸出，即 2D 方式。静脉弹丸式注射 60mCi15O 标记水，在放射性到达脑后开始 80s 采集（图像重建时进行经透射扫描方式建立的头部组织衷减校正)。两次实验采集间隔 15 min。除 PET 显像外，每例受试还接受 0.5T 的 GEMRMAX 磁共振检査，获取其全脑横断、矢状断向 3 mm 层厚的高清晰度 Tl 加权像。

数据分析

作为分析前处理步骤，应用 AIR 软件对每例受试者进行 PET-PET 和 PET-MRI 间的图像配准』然后以两种方法对 PET 数据进行分析。

单例分析

每一实验条件下 3 次重复采集的原始图像不作任何空间归一化处理，采用一种个体测定算法，处理 3 次重复显像平均后获得的 NrCBF 差别像。每例的差别像均为 31 层，层厚 3.375_。经 Bonfemmi 校正后，设定每平面统计意义值为 0.05。以这种算法检测出的对象区，利用该例脑解剖的详细分析进行精确定位。采用专用软件（Voxtool) 从 MRI 横断图中生成每例的脑三维容积图，进一步进行分区化，并在三个正交方向上显示两半球的表面和切面像。在 MRI 图像上认真判定每一个体的主要脑裂，特别是界定额下回的脑裂。本研究中，无法利用 SPM 进行个例分析。事实上，由于每例受试者只有 6 帧 2DPET 图像，其自由度太低（d/=4), 无法进行所需的统计分析。

例间立体平均数据

对每例的显像结果进行重排，并利用 SPM 软件包中的图像变换处理工具将之归一到 Talairach 空同。归一后图像通过 16 mmGaussianKernel 滤波函数进彳了平滑，最后用 SPM 进行统计学处理，统计意义阈值设定为 0.001, 不进行多比较校正。

三、结果

单例分析

在 2、5 和 6 号受试的左侧额下回检测出明显的激活现象，4 号受试的激活表现在右侧（图 39-7 上排)。在 2、:,5 和 6 号的左额下回激活区（Broca 区)，6 号受试定位于三角部，2、5 号为岛盖部。4 号受试的特殊性表现在其激活位_右侧额下回的岛盖部，向前扩展至三角部（即右侧 Broca 等同区)。这提示我们这例典型右利手受试者的语言优势半球在右侧。

例间立体平均数据

图 39-7 下半部分显示了 SPM 分析，以 0.001 无校正统计阈值分析所得结果。主要激活区位于副运动区、左额下回和两侧的颜上回。并注意原始视皮层的激活。

例间和例内平均功能解剖学比较

平均结果部分反映了多数受试者的激活脑区，如左侧额下回（3/6 例)。但是，例间平均激活区表现有可能源于 1、2 例异常强烈的激活，如颞上皮层或视皮层激活仅见于 5 号受试。相反，有时单例所见激活区在例间平均图像上未能有相应表现。这种单例激活可能是真阳性，即表示在神经功能解剖学方面的个体差异，但也可能是假阳性。在本组 6 例标准右利手受试者，测定结果展本了个体间明显的功能变异性。个性化的功能模式体现了在激活脑区大小和强度方面的髙度变异性。本实验是一个极好的例子，说明了 PET 脑激活实验个体化分析的必要性，以及其对经典的例间平均分析的互补 1 注。当前结合灵敏的个体化测定算法与精确的脑解剖分析，有利于对人大脑结构和功能间准确和定量化的关系进行研究。