核医学技术的进步减少了辐射暴露并缩短了扫描时间

降低剂量：使用无 CT 技术(左两列)和使用 CT 图像(中列)重建的 PET 图像。右两列显示来自无 CT 和基于 CT 的图像的衰减图之间的差异图像。(礼貌：M Teimoorisichani等Siemens Medical Solutions USA/Siemens Healthcare AG/Inselspital，伯尔尼)

正电子发射断层扫描 (PET) 和单光子发射计算机断层扫描 (SPECT) 等核医学模式在许多医疗保健领域发挥着至关重要的作用，包括癌症诊断和心脏成像等。此外，创新研究项目旨在通过最大限度地减少所需放射性示踪剂的数量、减少所需的成像时间或提高图像质量来不断改进这些分子成像技术。在最近的核医学和分子成像学会 ( SNMMI ) 年会上，研究人员介绍了 PET 和 SPECT 仪器的最新进展。

无 CT PET 可减少辐射剂量

具有长轴向视野的全身 PET 扫描仪可以实现极低剂量的 PET 扫描。但是为了获得衰减图而进行的 CT 扫描可以提供大量的辐射剂量，从而抵消了这些低剂量的好处。在 SNMMI 年会上，来自 Siemens Medical Imaging 的Mohammadreza Teimoorisichani展示了一种完全定量的 PET 成像技术，该技术不需要伴随的 CT 扫描，并显着减少了传递给患者的辐射量。该方法可以证明对儿科患者和需要多次扫描的患者特别有益。

“大多数现代 PET 扫描仪使用基于镥的闪烁体来检测伽马光子”，Teimoorisichani 在新闻声明中解释道。“闪烁体中的镥含有少量(不到 3%)的放射性同位素176 Lu，它在扫描过程中会发出背景辐射。在我们的研究中，我们使用这种背景辐射作为传输源，在不使用 CT 的情况下同时重建衰减图和定量 PET 图像。”

研究人员使用西门子 Biograph Vision Quadra PET/CT 扫描仪获得的临床 FDG-PET 扫描数据评估了他们提出的重建技术。给患者注射大约 170 MBq 的18 F-FDG，并在注射后 55 分钟扫描 10 分钟。使用来自176 Lu的 202 和 307 keV 伽马光子来重建衰减图，他们使用各种无 CT 重建算法生成 PET 图像。

将结果与标准 PET/CT 图像进行比较表明，衰减图中最大的量化误差出现在患者边界周围。在检查的各种器官中，大脑的定量误差最大(活动被低估 15-21%)。然而，对于所检查的两种重建技术，无 CT 重建的 PET 图像显示平均器官定量误差为 4.8% 和 10%。

除了减少患者剂量外，所提出的方法还消除了由于 CT 和 PET 扫描之间的患者运动而可能出现的潜在衰减图错误配准。该方法还可以为混合 PET/MR 扫描仪中的衰减校正提供可靠的技术。

“这项研究是朝着实用的无 CT 定量 PET 成像迈出的重要一步，”Teimoorisichani 指出。“除了减少患者的辐射暴露外，真正的低剂量定量 PET 扫描可以对旨在更好地了解分子水平的人体生理学的研究以及涉及放射性药物开发的研究产生巨大影响。该算法目前正在对大量患者进行评估，以发现其全部潜力。”

自准直 SPECT 提供快速心脏成像

北京清华大学的一个团队设计了一种心脏 SPECT 系统，其扫描速度比目前的 SPECT 设备快 10 到 100 倍。新系统采用多层架构中的有源检测器，执行检测和准直的双重功能。这种“自准直”概念改进了传统的 SPECT 方法，可显着缩短扫描时间、提高图像质量、增加患者吞吐量并减少对患者的辐射暴露。

快速 SPECT：心脏自准直 SPECT 系统的 3D 视图，包括三个相同的检测器单元(左)。一个检测器单元的中央横截面(右)。(礼貌：D Zhang等清华大学/布法罗大学)

“SPECT 是一种重要的非侵入性成像工具，用于冠心病患者的诊断和风险分层，” Debin Zhang在新闻声明中说。“然而，由于依赖机械准直器，传统的 SPECT 扫描时间长且图像质量差。新的 SPECT 系统能够执行高质量的快速帧动态扫描。”

自准直心脏 SPECT 由三个相同的梯形探测器单元组成，它们连接在一起形成一个半六边形，包围一个球形视野。每个探测器单元包括一个包含许多孔的内部钨板，然后是四个堆叠的探测器层，其中三个包含以棋盘图案稀疏排列的闪烁体，而外部包含紧密排列的闪烁体。这些闪烁体执行光子探测和准直的双重功能。

性能评估：具有不同采集时间的 XCAT 心脏体模的 SPECT 重建。右侧面板显示了具有小横向缺陷的模型的图像。(礼貌：D Zhang等清华大学/布法罗大学)

研究人员比较了金属板上的三个孔径图案(也提供了部分准直)，发现随机分布的 140 个孔径比网格图案中的 48 或 140 个孔径提供了更好的信噪比性能。使用这种随机配置，心脏 SPECT 在视野中的平均灵敏度为 0.68。

在模型扫描中，该系统可以在热棒模型中分离 4 毫米的棒，并且能够在短短 2 秒内识别心脏模型中的缺陷。

研究小组得出结论，所提出的检测器设计有可能扩大动态心脏 SPECT 的临床应用，通过消除患者呼吸运动的影响、增加患者吞吐量、实现超低剂量成像以及精确量化心肌血流和冠状动脉血流储备。