早在19世紀(jì)科學(xué)界就開始了關(guān)于PSF衍射的理論研究，近年來(lái)，將PSF引入PET/CT系統(tǒng)是一項(xiàng)重要的技術(shù)革新。傳統(tǒng)PET設(shè)備沒(méi)有考慮探測(cè)器的幾何形狀對(duì)成像的影響，會(huì)導(dǎo)致PET的空間分辨率和信噪比從中心至周邊視野逐漸降低。

PET的晶體和探測(cè)器成環(huán)狀排列，且晶體有一定厚度，當(dāng)γ光子抵達(dá)晶體時(shí)，在轉(zhuǎn)換成閃爍光之前會(huì)穿行一段距離。因此，當(dāng)γ光子來(lái)源于中心視野，入射角度與晶體垂直，系統(tǒng)能夠正確判定響應(yīng)線(LOR)的位置;而當(dāng)γ光子來(lái)源于周邊視野，其入射角度可能偏離垂直方向，則會(huì)穿行數(shù)個(gè)晶體后才轉(zhuǎn)換為閃爍光，造成系統(tǒng)錯(cuò)誤判定響應(yīng)線的位置(圖1)，導(dǎo)致空間分辨率和信噪比下降。

圖1：γ光子來(lái)源于中心視野時(shí)，其垂直入射晶體，PET系統(tǒng)可準(zhǔn)確判定響應(yīng)線的位置;γ光子來(lái)源于周邊視野時(shí)，其入射角可能偏離垂直方向，穿行鄰近晶體后產(chǎn)生閃爍光，導(dǎo)致PET系統(tǒng)錯(cuò)誤判定響應(yīng)線的位置。虛線代表PET系統(tǒng)判定的響應(yīng)線，粗箭頭代表真實(shí)的入射γ光子。

西門子PET/CT系統(tǒng)引入實(shí)測(cè)PSF校正技術(shù)，其基于測(cè)量PET視野內(nèi)不同位置的數(shù)百萬(wàn)個(gè)真實(shí)點(diǎn)源響應(yīng)信息，描繪出整個(gè)視野內(nèi)的點(diǎn)擴(kuò)散特征，其后，在圖像采集過(guò)程中記錄每個(gè)γ光子的響應(yīng)(點(diǎn)擴(kuò)散)特征(圖2)，在圖像重建過(guò)程中依據(jù)點(diǎn)擴(kuò)散特征將響應(yīng)線恢復(fù)至真實(shí)位置(圖3)，從而顯著提高空間分辨率、降低噪聲。

圖2：PET采集過(guò)程中識(shí)別并記錄γ光子的響應(yīng)特征用于后期PSF校正。

圖3：依據(jù)光子響應(yīng)特征和實(shí)測(cè)的PSF函數(shù)，將響應(yīng)線校正至真實(shí)位置。虛線代表PET系統(tǒng)判定的響應(yīng)線，粗箭頭代表真實(shí)的響應(yīng)線。

PSF校正技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效果如何呢?首先，在早期模型驗(yàn)證研究中 [1] ，PSF校正能夠顯著提升圖像的分辨率、信噪比及對(duì)比度(圖4)。

圖4：擬人軀干模型PET顯像。上圖：PSF校正重建，下圖：AW-OSEM迭代重建。模型包含4個(gè)12mm的球形插件，填充38uCi的68Ge;模型本底和肝插件填充18F，肝插件放射性濃度與本底之比為2:1。采用PSF校正技術(shù)后，圖像空間分辨率、信噪比及熱區(qū)對(duì)比度顯著提升。AW-OSEM迭代重建圖像上，球形插件從中心至周邊視野放射性減低，且逐漸模糊，PSF校正重建圖像上則更加穩(wěn)定。

早期患者研究[1]顯示：PSF技術(shù)能夠明顯提高PET腦部圖像的質(zhì)量(圖5)。此外，PSF技術(shù)通過(guò)提高空間分辨率，也可明顯提升小病灶的檢出率(圖6)和病灶的SUV值[2-6]。

圖5：患者腦部PET圖像。上圖：PSF校正重建，下圖：AW-OSEM迭代重建。51歲女性，體重69.4 Kg，注射18F-FDG 10 mCi 后90分鐘行PET/CT腦部顯像。采用PSF校正技術(shù)后，腦部圖像分辨率、信噪比顯著提升。

圖6：PSF技術(shù)提升小病灶的檢出率。上圖：PSF校正重建，下圖：常規(guī)迭代重建。(A)62歲女性，卵巢癌患者，箭頭所示肝臟小病變?cè)诔Ｒ?guī)迭代重建圖像上被遺漏，PSF校正圖像上清晰可見。(B)74歲女性，淋巴瘤患者，左頸部小病變?cè)诔Ｒ?guī)迭代重建圖像上被遺漏，PSF校正圖像上清晰可見。

PSF技術(shù)能夠與TOF(飛行時(shí)間)技術(shù)協(xié)同，進(jìn)一步提升PET性能。TOF通過(guò)測(cè)量湮滅輻射產(chǎn)生的兩個(gè)光子到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間差，能夠更加準(zhǔn)確地定位湮滅輻射在響應(yīng)線上發(fā)生的位置(圖7)。西門子LSO晶體具有高截止、高時(shí)間分辨率的特性，與全覆蓋的SiPM探測(cè)器結(jié)合，讓TOF時(shí)間分辨率能夠達(dá)到200ps量級(jí)。將TOF技術(shù)與PSF技術(shù)互相協(xié)同，不僅能夠精準(zhǔn)地校正響應(yīng)線的位置，同時(shí)能夠在響應(yīng)線上更加準(zhǔn)確地定位湮滅輻射(圖8)，讓PET的有效靈敏度、空間分辨率、信噪比等性能獲得全面提升。

圖7：t1和t2代表湮滅輻射產(chǎn)生的兩個(gè)光子分別到達(dá)探測(cè)器的時(shí)間，計(jì)算兩者的時(shí)間差(t1-t2)能夠更加準(zhǔn)確地判定湮滅輻射在響應(yīng)線上的位置。

圖8：TOF技術(shù)能夠更加準(zhǔn)確地在響應(yīng)線上定位湮滅輻射發(fā)生的位置， PSF技術(shù)能夠準(zhǔn)確地恢復(fù)響應(yīng)線的真實(shí)空間位置，兩者協(xié)同可大幅提升PET的整體性能。

西門子實(shí)測(cè)PSF校正技術(shù)通過(guò)準(zhǔn)確恢復(fù)響應(yīng)線的真實(shí)空間位置，有效提高了圖像的空間分辨率和信噪比，并與200ps 量級(jí)TOF相協(xié)同，進(jìn)一步全面提升了PET系統(tǒng)的整體性能。