一种台式小型动物PET/MRI扫描仪的研制与性能评估

《IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences》：Development and Performance Evaluation of a Benchtop Small-Animal PET/MRI Scanner

紧凑型低成本小型动物PET/MRI扫描器通过平行配置整合定制PET和0.5T永磁MRI系统，实现了空间分辨率（1.22-1.31mm）、灵敏度（8.05%）及高图像质量（IQ标准差10.08%，RC 0.23-0.96），MRI系统SNR达14.16，GD<1%，IU90.13%，成功融合功能与解剖图像，适用于神经科学和肿瘤学预临床研究及未来车载成像。

　　

摘要：

本研究旨在开发一种紧凑、低成本、高性能的台式小型动物PET/MRI扫描仪，能够实现功能图像与解剖图像的融合。该系统旨在解决成本降低、空间分辨率、灵敏度、图像质量（IQ）和定量精度等方面的挑战。PET/MRI系统采用并行配置设计，集成了定制的PET扫描仪和0.5-T永磁MRI系统。定量评估包括空间分辨率、灵敏度、图像质量（IQ）和定量精度，以及MRI的信噪比（SNR）、几何失真（GD）和图像均匀性（IU）。轴向中心的空间分辨率为1.31毫米（轴向）、1.26毫米（径向）和1.22毫米（切向），在宽能量窗口下的中心灵敏度为8.05%。使用IQ模体进行的图像质量测试显示，图像均匀性的标准偏差为10.08%，恢复系数（RC）介于0.23至0.96之间，空气区域和水的区域的溢出比率（SOR）分别为0.08和0.18。MRI系统在模体测试中的信噪比为14.16，几何失真小于1%，图像均匀性为90.13%。PET与MRI的融合成像在模体和小鼠研究中均表现出高配准精度，提供了互补的功能和解剖信息。所提出的PET/MRI系统在保持简单、低成本设计的同时，实现了高空间分辨率、灵敏度和定量精度。并行配置有助于精确的PET/MRI图像融合，并支持高效的多动物成像。研究结果凸显了该系统在临床前研究中的潜力及其在未来车载成像应用中的可行性。进一步优化MRI系统和数据传输方法将提升其在高活性研究中的性能，并扩展其应用范围，可能在临床前研究和车载成像中得到应用。

引言

正电子发射断层扫描（PET）通过检测体内放射性示踪剂的分布，实现对生物系统的动态、无创的功能成像，已在临床诊断和科学研究中得到广泛应用[1]、[2]、[3]。PET通常与计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）结合使用，以实现解剖图像与代谢图像的融合[4]、[5]、[6]，因为PET本身无法提供解剖信息。与CT相比，MRI无需使用电离辐射即可生成软组织的高对比度图像[7]、[8]、[9]，因此PET/MRI特别适用于需要高精度软组织成像和功能信息的应用，如神经科学和肿瘤学[10]、[11]、[12]。