自準(zhǔn)直SPECT成像原理
北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院5月13日電 （通訊員 于悅超）近日，由清華大學(xué)工物系馬天予副教授、劉亞強(qiáng)研究員，清華大學(xué)附屬北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科主任何作祥教授等組成的醫(yī)工結(jié)合團(tuán)隊(duì)，在《IEEE醫(yī)學(xué)成像匯刊》（IEEE Transactions on Medical Imaging）上發(fā)表“采用多層交錯(cuò)馬賽克探測(cè)器的自準(zhǔn)直SPECT”一文，創(chuàng)新了SPECT成像機(jī)理，有望大幅提升SPECT技術(shù)的分辨率和探測(cè)效率。
SPECT是核醫(yī)學(xué)影像的重要組成部分，是對(duì)病人體內(nèi)發(fā)射的γ射線進(jìn)行成像，廣泛應(yīng)用于腫瘤骨骼轉(zhuǎn)移、心腦血管疾病、腎功能疾病、內(nèi)分泌相關(guān)等重大疾病診斷，及放射性核素治療藥物的精準(zhǔn)劑量評(píng)估。如骨顯像對(duì)各種骨骼疾病的診斷和治療效果的評(píng)價(jià)有重要價(jià)值，可早期發(fā)現(xiàn)惡性腫瘤患者骨轉(zhuǎn)移病灶。
圖為何作祥教授在北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院開(kāi)展spect工作場(chǎng)景（楊欣/攝）
在臨床應(yīng)用中，何作祥發(fā)現(xiàn)SPECT技術(shù)的空間分辨率和探測(cè)效率較低，嚴(yán)重制約了其影像學(xué)診斷價(jià)值和臨床應(yīng)用范圍。其中，由鉛、鎢等重金屬制成的機(jī)械吸收式準(zhǔn)直器既是SPECT成像必不可少的成像部件，也因其吸收了99.9%以上的光子，使得分辨率和探測(cè)效率性能互相制約，導(dǎo)致SPECT性能落后，為此，何作祥創(chuàng)新性地提出了“去掉鉛準(zhǔn)直器”的SPECT成像設(shè)想。
由清華大學(xué)工物系和北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院專家組成的醫(yī)工結(jié)合團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研究，將探測(cè)器在三維空間中分離排列形成稀疏陣列，既實(shí)現(xiàn)了高空間分辨率準(zhǔn)直效果，又避免了光子損失，達(dá)到高探測(cè)效率，從根本上避免了機(jī)械吸收準(zhǔn)直造成的空間分辨率和探測(cè)效率間的相互制約。照比臨床SPECT的分辨率為1 cm，探測(cè)效率為0.01%的現(xiàn)況，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)人腦成像和小動(dòng)物成像的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：自準(zhǔn)直人腦SPECT能夠達(dá)到0.5mm分辨率和3.88%探測(cè)效率；自準(zhǔn)直小動(dòng)物SPECT能夠達(dá)到0.05mm分辨率和1.25%探測(cè)效率。原型成像裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：對(duì)邊緣間距＜0.1mm（直徑=中心距=0.3mm）的點(diǎn)源陣列，在總活度0.32mCi，成像時(shí)間≥15分鐘條件下能夠清晰分辨。
論文鏈接：https://doi.org/10.1109/TMI.2021.3073288
清華大學(xué)工物系馬天予副教授為論文的共同第一作者和共同通訊作者，劉亞強(qiáng)研究員和北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院何作祥教授為論文共同通訊作者，北京科技大學(xué)魏清陽(yáng)副教授為論文的共同第一作者，美國(guó)紐約州立布法羅大學(xué)的姚如濤(Rutao Yao)教授對(duì)研究方案設(shè)計(jì)作出了重要貢獻(xiàn)。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃及“雙一流”學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目的大力支持。（編輯 韓冬野）
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