临床全身PET/CT系统用于小动物活体成像的可行性研究：突破分辨率限制的定量分析

本研究针对临床全身PET/CT系统（Biograph Vision Quadra）在 preclinical imaging 中的应用瓶颈，系统评估了其与专用小动物PET（Inveon DPET）的性能差异。通过NEMA NU 4-2008体模实验和九只冻存小鼠的多重扫描方案，证实尽管空间分辨率较低（3-4mm vs 1.5mm），但通过PSF建模和TOF技术可实现稳健的SUVmean定量，为大规模动物实验提供了新范式。

　　

在生物医学研究领域，小动物正电子发射断层扫描（PET）已成为探索肿瘤学、神经科学和炎症疾病分子机制的金标准工具。然而传统专用小动物PET系统存在两大痛点：高昂的设备成本限制了研究机构的普及，狭窄的扫描视野（通常仅支持4只小鼠/次）导致实验效率低下。更棘手的是，当使用临床常规PET扫描仪（轴向视野15-22cm）进行小动物研究时，3-4mm的空间分辨率会引发严重的部分容积效应（PVE），使得小于7mm的病灶难以准确量化——这对于平均器官体积仅0.5cm³的小鼠而言无疑是致命缺陷。

来自德国图宾根大学（Eberhard-Karls University Tuebingen）Werner Siemens影像中心的Julia G.Mannheim团队在《EJNMMI Physics》发表了一项创新研究。他们利用最新一代全身PET/CT系统（Biograph Vision Quadra）106cm的超长轴向视野和176cps/kBq的超高灵敏度，通过系统性实验证明：这种本用于临床的设备经过优化后，竟能突破空间分辨率限制，实现与专用小动物PET相当的定量准确性！

研究团队采用三大关键技术路线：首先通过NEMA NU 4-2008体模实验建立PSF建模（点扩散函数校正）的最佳重建参数（4i5s）；其次创新性地采用冻存小鼠模型（9只C3H小鼠经[¹⁸F]FDG注射后snap-frozen），在Quadra上实现线型/网格型/堆叠型三种多动物同步扫描方案；最后通过动态帧分析（5s-2119s）验证超短扫描时间的可行性。所有数据均与金标准Inveon DPET进行严格对比。

NEMA NU 4-2008 IQ体模研究
关键发现：虽然1mm杆状结构仍无法分辨，但≥2mm结构在Quadra上清晰可辨。PSF建模使5mm杆的对比恢复系数（RC）从0.51提升至1.17（Inveon为1.09），同时保持5.1%的低噪声水平（Inveon为9.0%）。值得注意的是，在轴向48cm偏移处，4mm杆的RC仅下降10%（0.69→0.62），证明超长视野的性能稳定性。

活体麻醉小鼠成像

实验首次证实临床PET系统可完成活体小动物扫描。如图1所示，PSF建模显著改善图像质量，而迭代次数（4次vs 8次）影响甚微。肝脏SUV_mean在两种重建参数下差异<3%，为后续研究奠定参数基础。

单只冻存小鼠多位置验证
突破性发现：小鼠在106cm视野内任意位置的肝脏SUV_mean保持稳定（0.32±0.01），与Inveon结果（0.33）高度一致。这消除了对超长视野中灵敏度不均的担忧，为多动物实验设计提供理论依据。

九只小鼠同步扫描革命

如图3所示，线型/网格型/堆叠型三种排列均获得成功。关键数据：肝脏SUV_mean在两种设备间差异<5%（p>0.05），即使肌肉VOI仅含3.5个体素仍保持定量准确性。更惊人的是，5秒超短帧扫描的肝脏SUV_mean偏差仅17.3%，预示动态研究的可能性。

这项研究颠覆了"临床PET不适用于小动物研究"的传统认知。虽然1.5mm级微观结构解析仍需要专用设备，但Quadra在器官水平定量中的卓越表现（特别是PSF建模后），加上单次扫描9只动物的超高通量，为药物筛选、组学研究等需要大样本的实验开辟了新路径。研究者特别指出，该方案对大鼠（器官体积更大）的适用性可能更佳，未来或可通过改进麻醉系统实现自由活动动物的"自然状态成像"。这项技术突破将使全球已安装的100+台全身PET设备（中国占30%）具备"一机两用"的能力，显著降低preclinical research的门槛。