利用 beta-gamma 符合在正电子发射断层扫描中实现高灵敏度亚毫米级核医学成像

我们提出了一种核医学成像技术，利用来自 $\beta^+$ - $\gamma$ 符合的三光子轨迹交点，能够在三维空间中达到亚毫米级的空间分辨率，且相比传统 PET 重建分析，每个体素所需的重建交点数更少。这种'$\gamma$-PET'技术利用了特定的 $\beta^+$ 衰变同位素，这些同位素同时发射一个额外的光子。利用正电子湮灭与第三个光子之间的三重符合，可以将重建的“真实”事件与背景分离开来。为了表征该技术，我们进行了 Monte-Carlo 模拟和图像重建。研究发现，对于 $^{22}\text{Na}$ 点源的可视化，各方向可达到的空间分辨率约为 0.4 mm (FWHM)。仅需 40 个交点即可对嵌入在约 1 mm$^3$ 体素体积的水散射体中的点源进行可靠的亚毫米级图像重建（“高分辨率模式”）。此外，对于 $^{76}\text{Br}$，从 400 MBq 的注射活度开始，在 2 x 2 x 3~mm$^3$ 的较大体素体积情况下（“高灵敏度模式”），也仅需约 40 个重建交点。如此低的重建事件需求显著缩短了图像重建所需的采集时间（在上述情况下约为 140 秒），从而可能开启准实时成像的前景。