文獻(xiàn)信息
南京航空航天大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)系、工業(yè)和信息化部先進(jìn)核技術(shù)與輻射防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、南京醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院江蘇省醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科等團(tuán)隊(duì)的研究成果Compton-camera-based radiopharmaceutical imaging with an attenuation-corrected LM-MLEM reconstruction strategy（基于康普頓相機(jī)的放射性藥物成像，采用衰減校正的LM-MLEM重建策略）在學(xué)術(shù)期刊《Radiation Measurements》上發(fā)表。平生公司的小動(dòng)物PET/CT（型號(hào)：Super Nova）產(chǎn)品在論文中提供了重要的大鼠PET/CT圖像和定量分析。

該研究的通訊作者為通訊作者為南京航空航天大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)系耿長(zhǎng)冉副教授和南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科田鋒博士。

文獻(xiàn)背景
康普頓相機(jī)因其寬能量探測(cè)范圍和高探測(cè)效率在核醫(yī)學(xué)中引起了人們的關(guān)注，顯示出對(duì)各種診斷與治療同位素在體分布的監(jiān)測(cè)潛力。然而，目前康普頓相機(jī)在核醫(yī)學(xué)成像中的應(yīng)用的一個(gè)限制是缺乏校正人體組織衰減的合適方法。本研究旨在提出一種精確的系統(tǒng)矩陣概率模型，明確人體組織結(jié)構(gòu)對(duì)伽馬射線衰減的效應(yīng)規(guī)律，以對(duì)康普頓成像結(jié)果進(jìn)行精確的組織衰減校正。該模型計(jì)算成像空間像素和探測(cè)器位置之間的組織衰減概率，并在列表模式最大似然期望最大化（LM-MLEM）算法中集成到系統(tǒng)矩陣和靈敏度矩陣的計(jì)算中。為了驗(yàn)證這種衰減校正的LM-MLEM（AC-LM-MLEM）算法，本研究使用GEANT4模擬和[¹⁸F]FDG放射性藥物和3D-CZT康普頓相機(jī)的實(shí)驗(yàn)以及Sprague-Dawley大鼠開(kāi)展研究。蒙特卡羅模擬結(jié)果顯示，采用AC-LM-MLEM算法后重建所得的規(guī)則源分布與設(shè)置源分布結(jié)果相一致。進(jìn)一步，在實(shí)驗(yàn)的成像結(jié)果中，AC-LM-MLEM算法重建的高放射性區(qū)域與臨床使用的正電子發(fā)射斷層掃描/計(jì)算機(jī)斷層掃描（PET/CT）重建結(jié)果基本一致。對(duì)重建結(jié)果的定性和定量分析表明，本研究所提出的AC-LMMLEM算法可以有效地校正組織衰減，提高了康普頓重建精度。

實(shí)驗(yàn)方法
大鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)
在驗(yàn)證了AC-LM-MLEM算法的可行性后，使用體重約315g、最大寬度為6cm的雄性SD大鼠進(jìn)行動(dòng)物成像實(shí)驗(yàn)。選擇。在使用二氧化碳對(duì)大鼠進(jìn)行安樂(lè)死后，進(jìn)行了腹部中線切口。將含有活度約為1.81 MBq（49μCi）的[¹⁸F]FDG的放射性膠囊放置在腹腔內(nèi)的中心位置。另一個(gè)具有相同活性的放射性膠囊被皮下植入，分別模擬深部和淺部區(qū)域的病變。

在包埋含有放射性藥物的膠囊后，對(duì)大鼠進(jìn)行PET/CT成像。Super Nova小動(dòng)物PET/CT(平生醫(yī)療科技有限公司)系統(tǒng)用于大鼠的PET/CT成像實(shí)驗(yàn)。以5分鐘的數(shù)據(jù)采集時(shí)間獲取大鼠體內(nèi)輻射分布信號(hào)，并使用OSEM算法重建PET圖像（21個(gè)子集，五次迭代）。PET/CT成像后，使用距離轉(zhuǎn)臺(tái)中心15cm的3D-CZT相機(jī)進(jìn)行康普頓成像。將大鼠垂直放置在轉(zhuǎn)臺(tái)上，深膠囊直接位于轉(zhuǎn)臺(tái)中心上方。為確保檢測(cè)到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映大鼠的衰減情況，轉(zhuǎn)臺(tái)每22.5秒旋轉(zhuǎn)一次, 每次測(cè)量持續(xù)1分鐘，共覆蓋16個(gè)角度。不同角度獲取的探測(cè)數(shù)據(jù)被組合在一起形成康普頓事件集，用于康普頓重建。

所有實(shí)驗(yàn)均在中國(guó)南京醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院江蘇省醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果
大鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)果
結(jié)果表明，SBP算法可以大致識(shí)別大鼠體內(nèi)兩個(gè)點(diǎn)源的位置，但分辨率較差，難以對(duì)兩個(gè)源區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)區(qū)分。迭代算法都準(zhǔn)確地重建了放射性膠囊的位置，AC-LM-MLEM重建的放射性分布與PET/CT重建結(jié)果一致。AC-LM-MLEM恢復(fù)了大鼠組織引起的衰減，而Maxim算法未能實(shí)現(xiàn)組織對(duì)射線的衰減校正，導(dǎo)致重建區(qū)域放射性活度存在明顯差異。

圖. 大鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（a） CT圖像，像素為0.2×0.2×0.2 mm。（b）根據(jù)CT值計(jì)算的靈敏度矩陣。（c） PET/CT圖像，像素為0.5×0.5×0.6 mm，作為真實(shí)源分布的參考。（d） SBP重建結(jié)果。（e） Maxim算法重建結(jié)果。（f） AC-LMMLEM重建結(jié)果。（g） –（i）通過(guò)疊加2D圖像獲得的三種重建算法的3D重建結(jié)果。根據(jù)PET/CT成像期間獲得的CT圖像描繪大鼠身體模型。

文獻(xiàn)結(jié)論
在這項(xiàng)研究中，提出了一種AC-LM-MLEM算法，能夠?qū)ι�物體內(nèi)復(fù)雜輻射源分布情況進(jìn)行精確的康普頓三維重建，并實(shí)現(xiàn)了組織衰減的影響校正。通過(guò)搭建多角度探測(cè)樣機(jī)對(duì)SD大鼠進(jìn)行在體放射性藥物分布成像實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該算法的重建效果，有效地補(bǔ)償了組織衰減。這一進(jìn)展有望推進(jìn)康普頓相機(jī)在核醫(yī)學(xué)中的臨床前/臨床應(yīng)用。

使用設(shè)備

                                                 Super Nova^® Micro PET/CT（III 代外觀圖）