新研究有望大幅提升SPECT技術性能
自準直SPECT成像原理
近日，由清華大學工物系副教授馬天予、研究員劉亞強，清華大學附屬北京清華長庚醫院核醫學科主任何作祥教授等組成的醫工結合團隊，在《IEEE醫學成像匯刊》上發表了“采用多層交錯馬賽克探測器的自準直SPECT”一文，創新了SPECT成像機理，有望大幅提升SPECT技術的分辨率和探測效率。
SPECT是核醫學影像的重要組成部分，是對病人體內發射的γ射線進行成像，廣泛應用于腫瘤骨骼轉移、心腦血管疾病、腎功能疾病、內分泌相關等重大疾病診斷，以及放射性核素治療藥物的精準劑量評估。如骨顯像對各種骨骼疾病的診斷和治療效果有重要價值，可早期發現惡性腫瘤患者骨轉移病灶。
圖為何作祥教授在北京清華長庚醫院開展spect工作場景（楊欣/攝）
在臨床應用中，何作祥發現SPECT技術的空間分辨率和探測效率較低，嚴重制約了其影像學診斷價值和臨床應用范圍。其中，由鉛、鎢等重金屬制成的機械吸收式準直器既是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，使得分辨率和探測效率性能互相制約，導致SPECT性能落后，為此，何作祥創新性地提出了“去掉鉛準直器”的SPECT成像設想。
基于此，由清華大學工物系和北京清華長庚醫院專家組成的醫工結合團隊聯合研究，將探測器在三維空間中分離排列形成稀疏陣列，既實現了高空間分辨率準直效果，又避免了光子損失，達到高探測效率，從根本上避免了機械吸收準直造成的空間分辨率和探測效率間的相互制約。
照比臨床SPECT的分辨率為1 cm，探測效率為0.01%的現況，研究團隊針對人腦成像和小動物成像的模擬實驗結果表明：自準直人腦SPECT能夠達到0.5mm分辨率和3.88%探測效率；自準直小動物SPECT能夠達到0.05mm分辨率和1.25%探測效率。原型成像裝置實驗結果為：對邊緣間距＜0.1mm（直徑=中心距=0.3mm）的點源陣列，在總活度0.32mCi，成像時間≥15分鐘條件下能夠清晰分辨。
該研究得到國家自然科學基金、清華大學自主科研計劃及“雙一流”學科建設項目的支持。
相關論文信息：https://doi.org/10.1109/TMI.2021.3073288
