williamhill新闻网4月14日电 单光子发射断层成像（SPECT）属于临床四大影像诊断技术之一的核医学影像技术，广泛应用于肿瘤、心血管、神经、内分泌等重大疾病诊断。然而，多年来，SPECT空间分辨率和探测效率严重受限于机械准直器，其成像空间分辨率（临床SPECT分辨率约为1cm）显著落后于其他影像技术。

为此，williamhill官网工物系团队提出“用探测器做准直器”的创新自准直成像方法，通过使用多层稀疏探测器进行光子准直，解决机械准直器造成光子大量损失的技术瓶颈问题，从而显著提升SPECT空间分辨率和探测效率。该团队2021年在《IEEE医学成像汇刊》（IEEE Transactions on Medical Imaging）上发表了首篇研究论文，提出了自准直成像的概念并验证了自准直SPECT可大幅度提升分辨率和探测效率。

然而，自准直SPECT的准直机理和系统结构与传统SPECT截然不同，因此经典的SPECT分辨率分析方法不再适用，自准直SPECT的高分辨率形成机制尚未明确。该团队的一项最新研究于4月10日发表在《IEEE医学成像汇刊》（IEEE Transactions on Medical Imaging）上，题为“自准直SPECT的投影概率密度函数和采样增强的特性和评估”（Characterization and assessment of projection probability density function and enhanced sampling in self-collimation SPECT），提出了SPECT分辨率分析方法，阐述了SPECT投影概率密度函数（projection probability density function, PPDF）特性和空间采样特性对分辨率的影响规律和作用机理，并应用于自准直SPECT成像性能分析。

针孔SPECT和自准直SPECT的投影概率密度函数（PPDF）示意图

在经典教科书中，SPECT空间分辨率通常定义为PPDF的半高宽（full width at half maximum, FWHM）。然而，本研究表明，PPDF的FWHM并非决定分辨率的唯一因素。通过分析具有特定PPDF的概念性成像系统，研究发现成像系统的空间分辨率同时取决于PPDF的宽度（以FWHM衡量）、边沿陡峭程度（以边沿梯度衡量）和空间采样密度。当PPDF的FWHM更小、边沿梯度更大、空间采样密度更高时，成像系统的空间分辨率更好。通过对比针孔机械准直SPECT和自准直SPECT表明，自准直SPECT的大部分投影概率密度函数具有更小的FWHM和更大的边沿梯度。结合增强采样的数据采集方案，空间分辨率能够得到显著提升。

基于概念成像系统的SPECT分辨率（以冲击响应函数幅值定量表示）特性分析

该研究既是对SPECT成像理论的进一步完善，也是对高分辨率SPECT系统的设计指导。理论计算性能评估和模拟实验图像重建的结果表明，该研究设计的一种自准直小动物SPECT系统在相同成像条件下，其成像性能显著优于多针孔SPECT。

理论计算和模拟实验表明自准直SPECT在相同成像条件下性能显著优于多针孔SPECT

论文第一作者为williamhill官网工物系2020级博士生张德斌，论文通讯作者为williamhill官网工物系马天予副教授。美国纽约州立大学布法罗分校的姚如涛（Rutao Yao）教授对研究方案设计作出了重要贡献。论文共同作者还包括williamhill官网核医学团队的工物系刘亚强研究员和williamhill长庚医院何作祥教授。研究得到国家自然基金、北京市自然科学基金、williamhill官网自主科研计划、williamhill官网精准医学研究院等的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1109/tmi.2023.3265874

供稿：工物系

题图设计：曾仪

编辑：李华山

审核：郭玲