赛诺-瑞派学术交流 | 探秘PET核心参数

 

什么是决定PET图像的“王道参数”?

PET空间分辨率有极限吗?

SiPM和PMT两种探测器的区别是什么?

 

这些是不是都是您在选择PET设备时最关心的问题?赛诺联合技术总监吴和宇博士做客瑞派核医学直播讲座,为大家带来权威解读!

首先我们来认识一下大咖!

 

 

     

 

当然,贴心的小编也知道您可能工作繁忙,不能抽出30分钟时间来仔细观看视频。所以小编也为您精心准备了讲座的精华内容,既不耽误您工作,也能了解PET核心参数的奥秘!

 

首先,什么是PET的“王道参数”呢?吴博士给出的答案是NECR,中文全称是等效噪声计数率。是不是有点陌生,我们平时听到最多的可能是灵敏度,或者是空间分辨率,而NECR又是一个什么参数呢?首先我们看一下吴博士的PPT:

 

 

  

 

 

众所周知,PET成像原理是通过捕获γ光子事件对(又称为符合光子事件)作为信息来源,灵敏度决定了PET设备捕获光子绝对数量的能力。在获取的所有光子事件中,大致可以分为三类事件:真符合事件T,散射事件S,偶然符合事件R。这三类事件中只有真符合事件T是我们希望的有用信号,而其他两种事件不仅不会产生有用信号,还会带来噪声的增加。那么我来看一下NECR的定义:

 

 

从上述定义我们不难明白,NECR反映的就是PET设备获取的光子绝对数量与真符合事件T平方的比例,它反映了系统有用信号与全部信号的比例关系,同时也反应了系统甑别真符合事件T,排除散射事件S和偶然符合事件R这类“脏”数据的能力。NECR的能力最终会反应到图像的信噪比上,而PET系统是一个低信噪比系统,信噪比的优劣比分辨率的优劣更加重要,所以说系统信噪比是PET成像质量最重要的决定性因素,而NECR最直接决定了系统信噪比的优劣。

划重点:NECR是反映PET设备图像质量(信噪比)的“王道参数”。NECR 越高,相同采集条件下,PET设备的图像质量越好!

 

接下来我们来看空间分辨率是否有极限?我们还是先看吴博士是怎么讲的吧:

 

 

 

 

 PET的空间分辨率极限主要受晶体尺寸和光子非直线性决定,理论上,不考虑光子非直线性的话,空间分辨率应当等于1/2个晶体尺寸。当晶体切割尺寸比较大的时候,例如6mm,这时决定PET空间分辨率的主要因素是晶体的尺寸,因为这个时候光子非直线性的贡献相比并不显著。但是随着晶体切割不断减小,影响PET空间分辨率的主要因素逐渐变为光子非直线性。而在临床PET设备中,光子的非直线性决定了PET空间分辨率极限为2mm。所以不断减小晶体的切割尺寸并不能无限提高PET的空间分辨率,目前主流设备的晶体切割都保持在4mm左右,原因是当晶体切割进一步显著减小后,晶体尺寸对于PET空间分辨率的影响已经不显著,相反,由于晶体尺寸太小,造成单晶条上捕获的γ光子大幅减少,考虑到采集的量子特性,单晶条上捕获的γ光子的统计涨落大幅增加,对于图像质量的效果是不增反减。所以当晶体太小的时候,空间分辨率并不能显著提升,但同时为了保持图像质量,却必须延长单床位的采集时间,在临床实践中反而得不偿失。

划重点:临床PET的空间分辨率是有物理极限的!目前主流厂商的晶体切割均保持在4mm左右,是兼顾空间分辨率和图像质量的一个均衡选择。

 

最后我们来看一下当下比较热门的一个话题:SiPM、digital SiPM和PMT。对这几种光电转换器件,吴博士是这样解释的:

 

 

 

 

首先吴博士介绍了这几种光电转换器件的优缺点:SiPM的响应速度更快,不受磁场影响(对于PET/MR设备来讲非常有意义),但是缺点是它的几何填充因子差导致动态范围有限,且性能变化受温度影响大;而PMT的填充因子好,动态范围更大,且稳定可靠,但是缺点是体积大,受磁场影响。而SiPM设备是不是真正的数字化呢?其实不然,PMT和SiPM输出的信号都是模拟信号,如果按照光电转换器件输出信号类型划分数字和模拟设备的话,其实都属于模拟技术。digital SiPM通过将读出电路与SiPM中的微单元的片上集成,真正实现了数字化的输出。但是digital SiPM技术在现阶段仍然有太多的技术挑战需要克服,目前商业化的digital SiPM技术并没有让我们“惊艳”,在技术参数上也表现平平。总之这几种光电转换器件可谓各有千秋。
 
目前业界和学界有一个共识:当采用SiPM类型(含digital)器件时,理论上可以提高系统的TOF时间分辨率,从而可以在相同采集条件下提升临床图像质量。但是在工程实践中,TOF时间分辨率除了和光电器件的选择有关外,还受到系统很多其他技术环节的制约。如果采用SiPM类型器件,而TOF时间分辨率做不到最基本的300ps以下,那其实说明设备所采用的技术并没有真正发挥SiPM类型器件的优势。当采用SiPM类型器件,且TOF时间分辨率达到300ps以下,甚至小于200ps时,SiPM类型器件对PET图像质量的提升才真正开始体现!
 

至于我们应该选择digital SiPM、SiPM还是PMT的设备,吴博士认为主要还是看设备的综合性能参数和相同条件(例如相同的注药剂量和采集时间等)下的临床图像质量。我们并不是为了选择技术而选择技术,关键还要看技术所发挥的实际作用和对临床应用的实际贡献。

划重点:SiPM和PMT本质上输出都是模拟信号,而目前商业化的digital SiPM表现平平。选择SiPM、digital SiPM还是PMT,还得看疗效设备的综合性能和临床图像质量!

 

好了,以上就是小编为大家精选的PET核心参数讲座的精华内容,我们也将陆续推出更多的PET技术讲座,欢迎持续关注!赛诺联合,专注于核医学整体解决方案,和您共同建设核医学光明未来!

 

 

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