15O-水正电子发射断层扫描图像重建方法对脑血流定量测量的影响研究

为解决15O-水正电子发射断层扫描(PET)测量脑血流(CBF)时因重建方法和空间分辨率差异导致的数值波动问题，研究人员系统评估了有序子集期望最大化(OSEM)和块序列正则化期望最大化(BSREM)等重建算法对CBF定量的影响。研究发现灰质(GM)和白质(CWM)的CBF值受空间分辨率引起的部分容积效应显著影响，而全脑(WB)CBF保持稳定。该研究为临床CBF测量的标准化提供了重要依据，成果发表于《EJNMMI Physics》。

　　

脑血流(Cerebral Blood Flow, CBF)的精确测量对诊断中风、痴呆等神经系统疾病至关重要。15O-水正电子发射断层扫描(PET)虽被视为CBF测量的金标准，但文献报道的健康人CBF值差异高达0.30-0.70 mL/cm³
/min，这种波动严重阻碍了临床数据的可比性。Uppsala大学的研究团队在《EJNMMI Physics》发表的研究揭示了图像重建方法这一长期被忽视的关键因素——不同算法导致的空间分辨率差异会通过部分容积效应(Partial Volume Effect)显著扭曲区域CBF值。

研究人员采用Discovery MI PET/CT对8名健康志愿者进行动态15O-水PET扫描，同步动脉采血获取输入函数。通过14种OSEM（含TOF时间飞行和PSF点扩散函数建模）和6种BSREM重建方案，结合NEMA IQ模体实验测定各方法的有效空间分辨率。使用单组织室模型(1TCM)进行体素级和区域级CBF定量，并建立分辨率与CBF值的数学模型。

主要结果
图像重建依赖性：全脑CBF稳定在0.48±0.13 mL/cm³
/min，但灰质CBF随分辨率升高呈负相关(r=-0.96)，白质CBF呈正相关(r=0.93)。最锐利的BSREM-β200重建使灰/白质CBF比达2.9:1，而低分辨率OSEM(3i16s 10mm)降至1.9:1。
分辨率决定机制：有效分辨率每增加1mm，灰质CBF降低0.0079 mL/cm³
/min，白质CBF增加0.0127 mL/cm³
/min，证实部分容积效应是主要干扰因素。
异常值溯源：单次迭代的TOF-PSF-1i16s重建因未收敛偏离规律，而低正则化的BSREM-β100因噪声传播导致体素级CBF异常偏高。

这项研究首次系统量化了PET重建参数对CBF测量的影响，指出当前文献差异不能仅用方法学解释，需考虑输入函数校准、VOI定义等混杂因素。为推进15O-水PET的临床应用，作者建议建立类似FDG脑PET的EARL标准化协议，并探索基于水分布体积的k₂
参数替代方案以降低部分容积效应敏感性。该成果为多中心研究的质量控制提供了关键技术依据，对神经退行性疾病的血流评估具有重要指导价值。