200ps 量级 TOF PET 是怎样一种体验?
2020-12-23 来源:西门子
200ps量级TOF PET是怎样一种体验?
原创 不想救公主的林克 MI V CLUB
自从TOF技术应用在PET以来,经过多年发展,PET时间分辨率已经从1980年代的750ps发展到如今的400ps量级左右。时至今日,最新的商业化PET/CT突破了技术极限,已实现实验室级别200ps量级的时间分辨率,并用于临床常规检查及科研。
上期讲到,200ps与目前的350ps-550ps相比,其对于PET系统的性能有成倍的提升,主要包括:提高图像信噪比(SNR)和有效灵敏度。二者结合将显著提高PET/CT的图像质量。[1]
对于目前常规的PET应用,200ps量级的时间分辨率对PET性能的提升表现为以下几方面:
1.提高小病灶的探查力,尤其是高摄取区域旁的小病灶(如膀胱周围小病灶):200ps量级的时间分辨率,可以显著降低噪声、缩小湮灭反应的定位误差、还原真实光子发射部位,将原本可能被噪声掩盖的微小病灶真实还原,提高小病灶的探查力。[2]
2.清晰显示精细解剖结构,如脑部结构、血管壁、小关节等:200ps显著提升PET图像的信噪比。原本模糊的人体各组织器官的边缘轮廓、以及与周围组织的分界都变得清晰可见、界限分明。如肌肉/骨组织、血管壁、小关节等。
人脑具有复杂的解剖结构,正常情况下对FDG有较高的摄取。200ps量级的时间分辨率可将大脑皮层的白质灰质分界清楚,可以准确识别脑沟、脑回、脑室、内囊、胼胝体、丘脑、脑干、小脑、小脑脚等解剖结构。
3.降低注射剂量、减少扫描时间:有效灵敏度和SNR的提升有效改善了PET图像质量,临床中可以实现更低的注射剂量和更快的扫描时间,减少患者辐射剂量、提高临床检查效率、节省成本。
4.提升大体重患者的图像质量:200ps量级的TOF增益在6-7之间,相比于350ps以上的时间分辨率,其TOF增益提高了2-3倍。大体重患者因其体积大,从体内发出的光子衰减程度高、光子发射的部位相较于小体积患者更多,因此大体重患者的PET图像通常噪声更明显,图像质量更差。200ps量级的TOF增益显著降低噪声、对大体重患者的图像有明显改善。
相比于350ps及以上的TOF PET,~200ps的PET/CT无论是在信噪比还是有效灵敏度都有大幅提升。PET/CT性能的大幅提升,不仅提高常规临床扫描质量,也将在科研方面开拓新篇章。200ps TOF PET 将显著提升以下研究中的图像质量:
o炎症显像:临床常用的FDG显像剂在炎性组织中也有较高摄取,~200ps TOF PET 可更清晰的显示轻-中度炎症,如大血管炎、风湿性炎症等,有利于炎症的诊断与分级。[3]
o双核素+全身动态显像:利用两种药代动力学完全不同的放射性药物进行全身动态PET显像,或者利用仅发出部分正电子的核素与发射纯正电子的核素联合显像。如18F-FDG +60Cu-diacetyl进行肿瘤代谢与乏氧同时显像;60Cu-pyruvaldehyde +11C-acetate进行心肌乏氧与灌注同时显像。[4]
o低计数显像:由于有效灵敏度大幅提升,应用仅发出极少量正电子的核素即可进行显像[5]。如用124I PET显像评估甲状腺癌患者的吸收剂量[6]、89Zr标记的抗体显像[7]、以及SIRT治疗后进行90Y PET显像等[8]。
o质子重离子治疗后显像:hardron therapy治疗后,人体组织会产生极少量的15O、11C、13N,利用这些正电子核素可进行PET显像,对治疗剂量和治疗部位进行验证[9]。
当然,200ps量级TOF PET在临床与科研中的作用远不止以上这些。正如格罗宁根大学医院Noordzij教授所言,200ps量级的PET不仅能使图像更清晰,更重要的是,通过这些清晰的图像,可以更好的理解人体内部生理或病理的过程、组织器官的功能、疾病的转归等等,这些也都是为了更好地了解我们自己。
200ps 量级 TOF PET 为PET/CT系统带来划时代的改变,时间分辨率的提升是解决多种PET性能问题的核心。根据之前Prior教授的演讲,当时间分辨率足够高时,PET系统将不再需要重建算法、也不需要过多的探测器来提升系统灵敏度。如今,我们已经实现了~200ps TOF PET的临床应用, 10ps TOF PET 还会远吗?
200ps量级PET/CT
见所未见
参考文献:
1. Walrand,S., M. Hesse, and F. Jamar, Update on novel trends in PET/CT technology and its clinical applications. Br J Radiol, 2018.91(1081): p. 20160534.
2. Surti, S., et al., Benefit of improved performance with state-of-the art digital PET/CT for lesion detection in oncology. J Nucl Med, 2020.
3. Slart, R., FDG-PET/CT(A) imaging in large vessel vasculitis and polymyalgia rheumatica: joint procedural recommendation of the EANM, SNMMI, and the PET Interest Group (PIG), and endorsed by the ASNC. Eur J Nucl Med Mol Imaging,2018.45(7): p. 1250-1269.
4. Conti, M. and L. Eriksson, Physics of pure and non-pure positron emitters for PET: a review and a discussion. EJNMMI Phys, 2016.3(1): p. 8.
5. Soderlund, A.T., et al., Beyond 18F-FDG: Characterization of PET/CTand PET/MR Scanners for a Comprehensive Set of Positron Emitters of Growing Application-18F, 11C, 89Zr, 124I, 68Ga, and 90Y. J Nucl Med, 2015.56(8): p. 1285-91.
6. Wierts, R., et al., Impact of prompt gamma coincidence correction on absorbed dose estimation in differentiated thyroid cancer using 124I PET/CT imaging. Nucl Med Commun, 2018.39(12): p. 1156-1164.
7. Koleva-Kolarova, R.G., et al., Molecular imaging with positron emission tomography and computed tomography (PET/CT) for selecting first-line targeted treatment in metastatic breast cancer: a cost-effectiveness study.Oncotarget, 2018.9(28): p.19836-19846.
8. Bourgeois, A.C., et al., Intraprocedural yttrium-90 positron emission tomography/CT for treatment optimization of yttrium-90 radioembolization. JVasc Interv Radiol, 2014.25(2): p.271-5.
9. Zhu,X., et al., Monitoring proton radiationtherapy with in-room PET imaging. Phys Med Biol, 2011.56(13): p. 4041-57.
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