基于单片LYSO探测器的稀疏平板PET系统性能评估：轴向视野扩展与成本效益的仿真研究

为解决长轴向视野(LAFOV)PET系统成本高昂的问题，Ghent大学团队通过蒙特卡洛模拟评估了两种单片LYSO探测器平板PET设计（全填充L-FP与稀疏SpM-FP）。研究发现SpM-FP在保持2mm空间分辨率的同时，仅需2-3分钟扫描即可达到L-FP 30秒的图像质量，为高性价比全身PET系统开发提供了新思路。该成果发表于《EJNMMI Physics》。

　　

在医学影像领域，正电子发射断层扫描(PET)技术的进步始终围绕着两个核心目标：提升系统灵敏度与改善图像质量。传统PET系统采用环形探测器设计，虽然技术成熟但存在固有缺陷——增加轴向视野(AFOV)需要大量探测器堆叠，导致成本呈几何级数增长。这种"天价"设备将大多数医疗机构挡在长AFOV PET技术门外，形成临床应用的"奢侈品困境"。与此同时，现有系统采用的像素化闪烁晶体存在空间分辨率瓶颈，缺乏深度相互作用(DOI)信息，导致斜向响应线(LOR)产生轴向视差误差，这些问题在超长AFOV系统中被进一步放大。

比利时根特大学电子与信息系统系的Maya Abi-Akl团队独辟蹊径，提出"步行通过PET"(WT-PET)创新概念。这项发表在《EJNMMI Physics》的研究通过蒙特卡洛模拟，系统评估了两种基于单片LYSO探测器的平板PET设计方案：全长平板(L-FP)和稀疏中长平板(SpM-FP)。前者保持106cm轴向覆盖，后者通过轴向间隔设计将探测器数量减少60%，形成60cm AFOV的紧凑结构。两种设计均采用50×50×16 mm³单片LYSO探测器，以50cm间距平行排列，利用探测器固有DOI能力突破空间分辨率限制。

研究采用GATE v9.2进行蒙特卡洛模拟，遵循NEMA NU 2-2018标准并增加定制化测试。通过PETRecon软件进行迭代列表模式重建，建模300ps时间分辨率和1.14/2.67mm空间/DOI分辨率。性能评估涵盖灵敏度、空间分辨率、轴向噪声变异性和图像质量等多维度指标，并采用XCAT体模验证临床适用性。

灵敏度测试显示SpM-FP的NEMA灵敏度为26kcps/MBq，虽仅为L-FP的1/4.6，但已超越传统标准AFOV系统Biograph Vision 600的模拟值(15.85kcps/MBq)。值得注意的是，在20cm水体衰减条件下，两者灵敏度差距缩小至4.8倍，表明SpM-FP对临床环境具有良好适应性。空间分辨率测试结果令人振奋：两种设计在平行于探测器的X/Z方向均保持<2mm全宽半高(FWHM)，垂直于探测器的Y方向平均3-3.5mm。即使采用空间变化的分辨率模型模拟探测器边缘性能衰减，点源(10,0,0)cm处的FWHM-y仅从2.66mm改善至2.48mm，证实系统性能对探测器非均匀性具有鲁棒性。

轴向噪声分析揭示SpM-FP在中心40cm区域变异最小，28mm的轴向间隔设计（相当于半个探测器宽度）有效平衡了成本与性能。图像质量评估中，SpM-FP需要120秒扫描才能达到L-FP 30秒的对比噪声比(CNR)，但能清晰分辨4mm病灶（8:1靶本比时）。XCAT体模实验进一步验证，SpM-FP在2分钟扫描时肝脏/肺部ROI的标准偏差与L-FP 30秒结果相当，证实其临床实用性。

这项研究突破性地证明：通过单片LYSO探测器与智能稀疏设计的结合，可在显著降低成本的同时，实现媲美高端PET系统的性能指标。SpM-FP方案仅需2.5倍于传统标准AFOV系统的探测器，却能提供2-3倍轴向覆盖和亚毫米级空间分辨率。虽然平板几何结构导致的有限角度伪影仍需优化，但其开放式设计为患者流通量提升开辟新途径。该成果为核医学科室配置"经济型"长AFOV PET系统提供了切实可行的技术路线，特别在早期微小病灶检测方面展现出独特优势，有望推动精准医疗的普惠化发展。