磁场中正电子射程对PET成像空间分辨率的影响研究

Positron emission tomography(PET) is a powerful nuclear imaging method. Spatial resolution is one of the key performance indicators of PET. Positron range in tissue has an great impact on the spatial resolution of PET detector. Constraining the positron range contributes to improving spatial resolution of PET image. In this project, the relation between positron range and magnetic fields and its influence on the spatial resolution of PET scanner will be studied to indicate the design of high resolution PET detector, PET reconstruction algorithm and new PET system. Moreover, this study will provide basic data and theoretical foundation for research of high resolution PET/MR dual-mode tomography.

正电子发射断层扫描（PET）是一种重要的核医学成像手段，空间分辨率是PET系统的一个重要性能指标，正电子射程是影响PET成像空间分辨率的重要因素之一，约束正电子在组织中的射程有利于改善图像空间分辨率。本项目以提高正电子发射断层成像空间分辨率的为目的，研究正电子射程在磁场中的变化规律及其对PET扫描仪空间分辨率的影响，从而指导高性能PET探测器、PET图像重建算法以及新型PET整机系统的设计，并为高分辨率PET-MRI双模态成像技术研究及系统设计提供基本数据及理论依据。

正电子发射断层成像（Positron Emission Tomography，简称PET）是一种先进的核医学成像技术，是核探测技术、核电子学技术、计算机技术以及生物医学技术相结合的典型代表，在获取动物或人体的某些器官或病灶的功能信息方面有着独特的优点。PET探测主要利用肿瘤细胞区域与正常细胞区域的代谢差异，以标记有正电子核素的葡萄糖等代谢物为示踪药物，探测由放射性同位素衰变发射的正电子湮没产生的两个背对背的511 keVγ光子的符合事例，通过图像重建算法重建出放射性药物在动物或人体内的空间分布图，并根据病灶区域对示踪剂的摄取来反映出病灶区域详尽的功能与代谢等分子信息。因此，PET成像的空间分辨率是其重要的性能参数之一，约束正电子在组织中的射程有利于改善图像空间分辨率。本项目以提高正电子发射断层成像空间分辨率的为目的，研究正电子射程在磁场中的变化规律及其对PET扫描仪空间分辨率的影响，从而为指导高性能PET探测器、PET图像重建算法以及新型PET整机系统的设计，并为高分辨率PET-MRI双模态成像技术研究及系统设计提供基本数据及理论依据。. 本项目研究成果表明磁场对高能正电子有更强的压缩作用。通过磁场环境来改善PET 成像质量并不是无限制的，最终会达到一个几乎无法提升的程度。此外，即使明显射程相对变化率达到能够达到（40%），微小的射程绝对变化量也可能无法引起成像分辨率的提高。而这种成像质量的提升会根据核素的种类以及被探测材料的种类而有所不同。因此使用磁场来提高PET空间分辨率的方法是因被探测病灶区域的密度差异以及所使用核素种类的不同而产生不一样的效果。