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摘 要：PET是核医学领域的先进临床检查影像技术，对促进神经、心血管、肿瘤等方面的研究及临床诊断具有重要意义。文章介绍了PET成像过程、物理机制以及发展历史，并对中国PET专利申请状况进行了简单分析，最后对PET的未来发展进行了展望。
关键词：PET， 正电子， 成像
中图分类号：N04；R817 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0174-03
PET and Patent Application of PET
LI Liqin HUANG Bin
Abstract：PET is a advanced clinical examination imaging technology in the field of nuclear medicine， and is substantial to the scientific and clinical researches of nervous system， cardiovascular system and tumor， etc. This paper describes the imaging process， the physical mechanism and the history of PET， and also analyzes the current status of the patent applications for PET in China. The future development of PET is prospected at the end.
Keywords：PET， positron ， imaging
收稿日期：2014-06-15
作者简介：李丽琴（1979—），女，湖南人，粒子物理与原子核物理博士学位，从事专利实质审查工作。通信方式：liliqin@sipo.gov.cn。
一 PET简介
PET（positron emission tomography）是正电子成像术的英文缩写[1]，是目前核医学领域比较先进的临床检查影像技术。PET的成像过程主要包括：把具有正电子发射的放射性同位素标记的药物（如葡萄糖、蛋白质、核酸等）注入人体，测量参与人体生理代谢过程的药物分布，并对其进行科学处理和分析，从而对生理和病理过程做出解释。由于药物参与了人体的生理和病理过程，可以通过这些药物在人体内的动态分布来反映人的生理代谢或者病理情况。
PET的核心技术包括具有特异性的PET药物、测量湮灭反应产生的511KeV的γ射线符合测量装置、准确反映事件发生在人体内准确位置的定位系统、进行图像重建和显示的图像处理系统以及对病理进行解释的临床数据分析处理系统等。
PET的物理机制：具有正电子发射放射性同位素标记的药物在参与人体生理和代谢过程中发射具有特定半衰期和能量的正电子，这些正电子一旦发射就能被人体组织慢化，当正电子的平均动能接近人体内大量存在的电子时被电子俘获，并立即发生湮灭反应，基本上在180度方向上生成两个511KeV能量的γ射线光量子。如果在180度方向的对称位置上放置两个具有相同探测效率的γ射线探测器，就可能同时探测到这个湮灭事件。这些被探测的事件的累积形成放射性药物在人体内的浓度分布数据，浓度分布数据形成的对比度即PET影像。对系统测量到的PET影像进行分析处理，就能够获得对病人进行诊断的定量或半定量的数据。
二 PET的发展历史
PET技术始于20世纪50年代，其发展大概经历了三个阶段，分为四代产品：正电子扫描机、正电子γ-照相机、正电子断层成像机以及正电子断层成像机与其他设备的整合，如PET/CT等具有复合功能的成像设备。1953年出现了最早的正电子探测设备，用于探测脑瘤中的正电子核素分布。到60年代，利用两个相对的探头以及多组环绕排列的探测器通过符合原理探测到正电子湮灭产生的γ射线光量子。而到了70年代，美国华盛顿大学利用当时的CT技术，改进多层环状探测器符合探测方式，并结合滤波反投射技术来解决图像重建问题，在此基础上建成了第一台用于临床人体正电子成像的设备PET II[2]。1977年首台全身PET扫描机正式推出。1985年首次完成了PET扫描机的程序系统，并使用高等数学和物理进行多重图像分解。进入90年代中后期，PET已成为临床医学影像技术之一，其应用范围不断扩大，在肿瘤、神经精神疾病以及心血管系统中的应用显示出独特的优点和巨大的潜力。随着定位要求的提高，PET/CT、PET/MR等具有复合功能的成像设备的应用[3]相继诞生。1997年，人们将闪烁晶体置于0.2T开放式磁共振成像（MRI）系统中，通过光纤将其与MRI磁场外的光电倍增管（PMT）连接，进行模型的MRPET成像研究。从此，人们开始设计多样的MRPET扫描仪。
三 国内PET相关专利申请现状
本文专利的检索是基于国家知识产权局的中国专利文献检索系统（CPRS）。笔者采用PET、正电子、发射、断层等关键词，统计分析的公开日期截至2013年12月31日，共获得相关专利申请274件。
1申请时间分析
从图1可看出，2004年之前的国内PET相关专利申请量每年都少于10件，而从2005年起专利申请量开始平稳增长，2011年则达到目前为止的最高峰43件。由此可见，随着科技进步，PET技术日趋成熟，其应用更加广泛，从而又促进了PET技术的进一步发展。
图1 专利申请量的逐年变化图
2申请人国别分析
从图2可看出，在274件与PET相关的专利申请中，中国内地申请102件，美国40件，荷兰和德国各35件，英国30件，日本14件。需要指出的是，虽然中国内地在申请量上居多，但大多数仅涉及用于PET的显像剂的合成，而PET装置、图像处理方法等相关的核心技术专利申请则主要分布于美国、荷兰、德国、英国、日本等发达国家。
图2 专利申请人国别示意图
3主要申请人分析
在274件与PET相关的专利申请中，申请量居前三的企业分别为皇家飞利浦有限公司、西门子公司和通用电气公司，各有申请量35、34及31件，并且这些企业的专利申请主要涉及PET装置、PET图像处理方法以及PET/MR组合式成像系统等核心技术，由此可看出，这些企业在PET技术领域处于世界领先地位。
四 发展展望
PET有其自身的独特性，它探测的是活化功能状态，提供的是人体疾病发生发展过程中早期的生理、生化、病理代谢图像，因而其对医学技术现代化及医学各学科技术的发展有着重要的促进与支持作用。尤其是随着PET/CT、PET/MR等具有复合功能的成像设备的发展，为脑部及全身的多模态研究带来新的先进手段，对临床多种疾病，如神经系统疾病、肿瘤、心血管疾病等的诊断和治疗起到革命性的推动作用，可以预期PET将成为一种非常有价值的临床影像技术。
参考文献
[1] 房宗良.PET探测器设计系统[C]//中国电子学会、中国核学会核电子学与核探测技术分会.第十三届全国核电子学与核探测器技术学术年会论文集（上册）.2006：244-247.
[2] Dhermain F， Ducreux D， Bidault F， et al. Use of the functional imaging modalities in radiation therapy treatment planning in patients with glioblastoma[J]. Bulletin du Cancer， 2005， 92（4）： 333-342.
[3] 章新友.医学成像及处理技术[M].北京：中国铁道出版社， 2011：12-15.
关键词：PET， 正电子， 成像
中图分类号：N04；R817 文献标识码：A 文章编号：1673-8578（2014）S1-0174-03
PET and Patent Application of PET
LI Liqin HUANG Bin
Abstract：PET is a advanced clinical examination imaging technology in the field of nuclear medicine， and is substantial to the scientific and clinical researches of nervous system， cardiovascular system and tumor， etc. This paper describes the imaging process， the physical mechanism and the history of PET， and also analyzes the current status of the patent applications for PET in China. The future development of PET is prospected at the end.
Keywords：PET， positron ， imaging
收稿日期：2014-06-15
作者简介：李丽琴（1979—），女，湖南人，粒子物理与原子核物理博士学位，从事专利实质审查工作。通信方式：liliqin@sipo.gov.cn。
一 PET简介
PET（positron emission tomography）是正电子成像术的英文缩写[1]，是目前核医学领域比较先进的临床检查影像技术。PET的成像过程主要包括：把具有正电子发射的放射性同位素标记的药物（如葡萄糖、蛋白质、核酸等）注入人体，测量参与人体生理代谢过程的药物分布，并对其进行科学处理和分析，从而对生理和病理过程做出解释。由于药物参与了人体的生理和病理过程，可以通过这些药物在人体内的动态分布来反映人的生理代谢或者病理情况。
PET的核心技术包括具有特异性的PET药物、测量湮灭反应产生的511KeV的γ射线符合测量装置、准确反映事件发生在人体内准确位置的定位系统、进行图像重建和显示的图像处理系统以及对病理进行解释的临床数据分析处理系统等。
PET的物理机制：具有正电子发射放射性同位素标记的药物在参与人体生理和代谢过程中发射具有特定半衰期和能量的正电子，这些正电子一旦发射就能被人体组织慢化，当正电子的平均动能接近人体内大量存在的电子时被电子俘获，并立即发生湮灭反应，基本上在180度方向上生成两个511KeV能量的γ射线光量子。如果在180度方向的对称位置上放置两个具有相同探测效率的γ射线探测器，就可能同时探测到这个湮灭事件。这些被探测的事件的累积形成放射性药物在人体内的浓度分布数据，浓度分布数据形成的对比度即PET影像。对系统测量到的PET影像进行分析处理，就能够获得对病人进行诊断的定量或半定量的数据。
二 PET的发展历史
PET技术始于20世纪50年代，其发展大概经历了三个阶段，分为四代产品：正电子扫描机、正电子γ-照相机、正电子断层成像机以及正电子断层成像机与其他设备的整合，如PET/CT等具有复合功能的成像设备。1953年出现了最早的正电子探测设备，用于探测脑瘤中的正电子核素分布。到60年代，利用两个相对的探头以及多组环绕排列的探测器通过符合原理探测到正电子湮灭产生的γ射线光量子。而到了70年代，美国华盛顿大学利用当时的CT技术，改进多层环状探测器符合探测方式，并结合滤波反投射技术来解决图像重建问题，在此基础上建成了第一台用于临床人体正电子成像的设备PET II[2]。1977年首台全身PET扫描机正式推出。1985年首次完成了PET扫描机的程序系统，并使用高等数学和物理进行多重图像分解。进入90年代中后期，PET已成为临床医学影像技术之一，其应用范围不断扩大，在肿瘤、神经精神疾病以及心血管系统中的应用显示出独特的优点和巨大的潜力。随着定位要求的提高，PET/CT、PET/MR等具有复合功能的成像设备的应用[3]相继诞生。1997年，人们将闪烁晶体置于0.2T开放式磁共振成像（MRI）系统中，通过光纤将其与MRI磁场外的光电倍增管（PMT）连接，进行模型的MRPET成像研究。从此，人们开始设计多样的MRPET扫描仪。
三 国内PET相关专利申请现状
本文专利的检索是基于国家知识产权局的中国专利文献检索系统（CPRS）。笔者采用PET、正电子、发射、断层等关键词，统计分析的公开日期截至2013年12月31日，共获得相关专利申请274件。
1申请时间分析
从图1可看出，2004年之前的国内PET相关专利申请量每年都少于10件，而从2005年起专利申请量开始平稳增长，2011年则达到目前为止的最高峰43件。由此可见，随着科技进步，PET技术日趋成熟，其应用更加广泛，从而又促进了PET技术的进一步发展。
图1 专利申请量的逐年变化图
2申请人国别分析
从图2可看出，在274件与PET相关的专利申请中，中国内地申请102件，美国40件，荷兰和德国各35件，英国30件，日本14件。需要指出的是，虽然中国内地在申请量上居多，但大多数仅涉及用于PET的显像剂的合成，而PET装置、图像处理方法等相关的核心技术专利申请则主要分布于美国、荷兰、德国、英国、日本等发达国家。
图2 专利申请人国别示意图
3主要申请人分析
在274件与PET相关的专利申请中，申请量居前三的企业分别为皇家飞利浦有限公司、西门子公司和通用电气公司，各有申请量35、34及31件，并且这些企业的专利申请主要涉及PET装置、PET图像处理方法以及PET/MR组合式成像系统等核心技术，由此可看出，这些企业在PET技术领域处于世界领先地位。
四 发展展望
PET有其自身的独特性，它探测的是活化功能状态，提供的是人体疾病发生发展过程中早期的生理、生化、病理代谢图像，因而其对医学技术现代化及医学各学科技术的发展有着重要的促进与支持作用。尤其是随着PET/CT、PET/MR等具有复合功能的成像设备的发展，为脑部及全身的多模态研究带来新的先进手段，对临床多种疾病，如神经系统疾病、肿瘤、心血管疾病等的诊断和治疗起到革命性的推动作用，可以预期PET将成为一种非常有价值的临床影像技术。
参考文献
[1] 房宗良.PET探测器设计系统[C]//中国电子学会、中国核学会核电子学与核探测技术分会.第十三届全国核电子学与核探测器技术学术年会论文集（上册）.2006：244-247.
[2] Dhermain F， Ducreux D， Bidault F， et al. Use of the functional imaging modalities in radiation therapy treatment planning in patients with glioblastoma[J]. Bulletin du Cancer， 2005， 92（4）： 333-342.
[3] 章新友.医学成像及处理技术[M].北京：中国铁道出版社， 2011：12-15.