空间分辨率是PET系统中重要的性能参数。PET空间分辨率表示为分辨图像上两点之间最小间隔的能力，临床上体现为对小病灶或结构的成像能力。越高的空间分辨率意味着可以观测到核素在更小组织内的分布，检出更小的病灶。PET空间分辨率（spatial resolution，SR）主要受以下因素影响：
s: 正电子射程（Positron Range）。核素衰变时发射出的正电子具有一定的能量，需要飞行一段距离，当能量减低时，才会与负电子碰撞产生湮灭辐射[2]。这段距离称为正电子射程。
正电子射程取决于核素衰变时正电子的初始动能及周围组织的密度。正电子初始动能越大、周围组织的密度越小，正电子射程也就越大。相同核素在肺部的正电子射程显著大于其他软组织。下表为常见核素的衰变能及相应的平均正电子射程。
由上表可以看出，18F衰变发出的正电子其射程较短，故对空间分辨率的影响也较小。
R：探测器环半径。正负电子湮灭时，正电子和负电子均具有一定的能量，正负电子的总动量一般并不为零。因此根据动量守恒，湮灭辐射发出的两个γ光子其运动方向并不完全相反，并不完全互为180°，而是有一个平均0.23°的偏转角，这一现象称为非共线性（non-colinearity）。非共线性带来的误差受探测器环半径（Radius）影响，表征为R×tan0.23° = 0.0044R。
d: 晶体宽度。探测器晶体宽度是影响PET空间分辨率的另一重要因素，主要原因在于γ光子射入晶体后无法确定光子在晶体内的具体沉积位置，因此晶体任何位置接收的入射光子均被定位到晶体中心，使得定位不准。
临床PET的探测器晶体宽度一般为3~5mm。将晶体切细一定程度上可以提高空间分辨率，但当晶体宽度降低到一定程度后，非共线性带来的空间分辨率损失成为主导因素，此时再降低晶体宽度收益不大，并且过细的晶体会增加γ光子在晶体间的串扰，降低单根晶体的信号输出。
b: 解码因子。传统的Block型PET探测器通常采用多根晶体耦合一个光电倍增管的设计，对光电倍增管输出的信号强度进行不同程度的加权处理从而解码出入射光子的位置信息。解码因子对于空间分辨率也有一定的影响。
EDOI: 作用深度（Depth of interaction，DOI）效应。临床PET探测器呈环状排列，来源于视野中心与视野边缘的光子射入晶体的角度不同。在视野边缘区域，入射光子可能偏离垂直方向，斜穿入晶体，使得系统错误判定响应线的位置，导致全视野范围内空间分辨率的下降及不均匀，这一现象称为DOI效应。
DOI效应受晶体宽度和长度影响，表征为(2/d)×[cosθ＋(x/d)sinθ]。其中d为晶体宽度，x为晶体长度。在偏离视野中央10cm处，DOI效应会带来约40%的空间分辨率损失。在图像重建过程中引入点扩散函数（Point Spread Function，PSF）校正技术可将响应线恢复至真实位置，从而抑制DOI效应的影响，显著提高空间分辨率。
kr: 图像重建系数。图像重建算法也会影响PET系统空间分辨率。滤波反投影（FBP）等解析算法在重建过程中加入了滤波函数以抑制高频噪声使图像平滑，而这会降低空间分辨率。使用有序子集最大期望值法（OSEM）等迭代算法则能够显著提高空间分辨率，重建获得更高质量的图像。
以上简要介绍了PET系统的空间分辨率。PET空间分辨率是影响图像质量的重要因素，然而在临床使用过程中往往并不能呈现出PET系统最佳的空间分辨率，原因在于临床图像的像素尺寸太大。根据NEMA NU2-2018标准，要显示PET设备的最佳空间分辨率，图像的像素尺寸不应超过点源重建图像半高宽（也即PET最佳空间分辨率）的1/3。
当前PET/CT产品的空间分辨率约为3~5mm，按照NEMU NU2-2018标准，重建图像的像素尺寸需≤1.7mm才能在图像中显示出PET系统本身的空间分辨率。然而目前大部分PET/CT产品在临床中常规采用的矩阵为150~256，像素尺寸为2.3mm~4.5mm，远不能满足NEMU标准的要求。这也是为什么许多PET/CT设备优异的参数无法体现在临床图像中的原因之一。
要想体现PET系统最佳的空间分辨率，需要在图像重建中采用更小的像素、更大的矩阵。那么，临床上为什么没有常规使用更大的矩阵进行图像重建呢？原因在于：
使用大矩阵进行图像重建对于计数量的要求非常高。与256矩阵相比，512矩阵的像素总量扩大为原来的4倍以上，相应的，图像噪声也会增大为原来的4倍以上。此时，需要有更为充足的计数才能将噪声控制在合理范围内。传统PET/CT由于灵敏度不足，体部单床位1.5~3min扫描时间下获得的计数量远不能满足大矩阵重建的要求。
增大矩阵会使得像素总量呈指数级增长，因此重建过程中需要处理的数据量巨大，所需的重建时间也将非常长。
后数字化PET/CT追光者Biograph Vision以其214ps TOF等优异的系统性能一举攻克了大矩阵在临床中应用面临的诸多难题。214ps TOF带来超高的6.2倍灵敏度增益，使得短时间扫描的计数量能够满足大矩阵重建的要求。同时超高的TOF使得湮灭事件的定位更为准确，可以用更少的迭代次数、更短的重建时间完成图像重建。Biograph Vision以其独有的880大矩阵技术，为我们带来了0.825亚毫米致微成像！
在独有的880大矩阵加持下，像素尺寸由传统的2.3~4.5mm减小至0.825mm，像素数量由6.5W跃升至77W。更小的像素尺寸、更多的像素数量带来更高的空间分辨率。880大矩阵下图像显示更为清晰，病灶轮廓勾画更为准确，即使是多个相邻很近的小病灶也能清晰分辨。
部分容积效应（Partial volume effect，PVE）也是影响PET图像质量和定量准确性的一个重要原因。PVE主要受空间分辨率的影响，小矩阵下PVE的影响更显著，而880大矩阵能够有效抑制PVE，减小病灶的“溢出效应”，恢复病灶真实定量值。
以上浅述了PET空间分辨率的影响因素及与图像矩阵的关联。880大矩阵真实呈现系统最佳的空间分辨率，不仅帮助我们看得更清，也能测得更准！
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文章名称：《一文读懂PET空间分辨率》
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