局部高空间分辨率的应用适应性PET系统设计初探

　　1 前言

　　正电子发射断层成像( positron emission tomo-graphy，PET) 能无创、定量、动态地评估人体内各种器官的代谢水平、生化反应、功能活动和灌注效果，能够对肿瘤、心脏系统疾病和神经系统疾病等进行早期诊断和分期，在重大疾病的预防和治疗中具有独特的、重要的价值[1 ～5]。

　　空间分辨率一直是 PET 成像仪中最重要的性能指标之一。空间分辨率越高，意味着能够检测到更小的病灶，而早期癌症的病灶往往尺寸较小，因而，具有高空间分辨率的 PET 仪器能够提高早期癌症检测率。过去，许多研究者一直致力于提高 PET系统的空间分辨率[6 ～10]，商用 PET 仪器开发也一直将空间分辨率这一性能的提高作为里程碑式的关键参数之一[11 ～13]。

　　一般人们所感兴趣的区域仅为视场里一小块区域( 或病灶) ，仅仅需要在感兴趣区域获得高质量图像。传统的 PET 探测系统采用通用设计模式，追求视场范围内整体性能的提高，这样势必会在非感兴趣区域造成一定程度上的性能闲置和浪费。通用设计模式下，探测模块之间相对固定且性能基本完全一致，成像仪器一旦建造完成，各项性能指标几乎完全固定，不能在应用需求提高或变化时进行相应调整或修改。如果想在实际应用中获得更高的性能参数，只能对设备再行搭建或购置新的性能更高的PET 系统。高昂的更新成本和过慢的更新速度不仅限制了 PET 应用，还使得某些科学研究难以进一步深入。

　　目前，有少数几个研究组尝试在传统 PET 系统中插入具有高固有空间分辨率的探测模块贴近被检测对象，在局部区域获得高的空间分辨率[14 ～20]。文献[14]提出了一种具有两种固有空间分辨率的非对称 PET 系统，通过插入一半环形结构的、具有高固有空间分辨率的探测模块以获得针对感兴趣区域的高空间分辨率。该插入式的高性能探测模块能够特别为一些特殊部位( 如乳房、颈、头等) 的部分区域带来高的成像性能[14 ～18]。然而，如何根据感兴趣区域位置和大小规划调整高固有空间分辨率探测模块的布局仍然有待进一步研究。“插入式”设计虽然可以以较小的代价在一定程度上提升 PET 系统在感兴趣区域内的成像质量，但仍然存在一系列的问题，如: a. 不易于做归一化、散射等校正; b. 在视场内插入高性能探测模块可能带来操作上的不便，尤其是随着现代 PET 系统有效视场越做越大，其操作空间更加有限; c. 可能会给被检测对象带来不舒适感。

　　文章提出一种具有两种( 或多种) 高低不同性能探测模块的 PET 探测系统，采用“替换式”结构设计，在原有探测环上替换部分普通性能探测模块为高性能探测模块，并根据应用对象特点、感兴趣区域特性，结合应用需求，适应性调整 PET 探测系统结构，规划 PET 探测模块性能参数，在感兴趣区域获得局部高质量图像。该套系统原型能够在成本和性能上获得折中，并且随着数字化、模块化 PET 技术的发展[21 ～23]，更新将更容易、更快捷。未来 PET 的更新换代可能演变为为数不多的探测模块的升级，这种设计理念在近几年国内外其他仪器如 SPECT和 MRI 等的竞相研制中，显示了它的优势以及很强的竞争能力。