飞行时间（TOF）技术如何让PET/CT飞得更高?

PET进入医疗领域已经将近20年的历史了，在这20年的发展历程中，其对肿瘤疾病、心血管疾病以及神经系统疾病的诊断，已成为无可争议的优势检查项目，也越来越受到临床、患者以及社会的关注。而飞行时间技术（Time of Flight ,TOF）的提出，无疑将PET技术推上了一个更高的台阶。

“得益于飞行时间TOF技术，从而实现了更快的扫描，更低的注射药量，更高的信噪比，和更好的图像分辨率。”——核医学之父瓦格纳教授

下图是采用飞利浦第三代TOF PET/CT探测到的最小病灶记录：1.9mm病灶，患者67岁，女性，115Kg。低剂量FDG（5mci）扫描左肺癌1.9mm肺门淋巴结在PET上清晰可见SUV：3。

什么是飞行时间（TOF）技术？

TOF，是“Time of flight”的简写，即“飞行时间技术”，这个技术的基本原理：PET 探测器能分辨出一对由湮灭反应产生的方向相反的伽玛光子到达探测器的时间差，凭这个时间差，就可以确定湮灭事件发生的具体范围。

如果没有TOF技术，PET假设这个湮灭事件发生在整个机器的探测孔径内（比如1750px）的任何一点。

有了TOF 技术，PET会分辨这个湮灭事件发生的范围，即定位精度。

那么，问题来了，缩小湮灭事件的范围，对整个PET系统有何益处呢？这就必须从PET系统的数据处理来分析了。

PET探测器探测到信号，再得出实际的图像与数据，这本身是一种逻辑推理，但这个逻辑与实际事件发生的顺序相反。

假设信号在响应线LOR上均匀分布，那么一个病灶信号要想被快速地分辨出来，每响应线都需要接收到许多信号才行，而且需要很多方向的直线相交，造成很多信号的浪费。

（一共探测到33个信号，只有4个是能反应真实湮灭事件的有效信号，29个噪声，信噪比0.138。）

有了TOF技术的PET，结果大大不同。在同样数量的原始信号下，当多条响应线相交时，病灶信号就非常突出，浪费的信号极少。这就是TOF技术的核心，正是有了这样的技术支撑，PET又被称为一项革命性技术。

（一共探测到33个信号，有15个是能反应真实湮灭事件的有效信号，18个噪声，信噪比0.833 。）

信噪比提高了6倍之多！

由此得出：在TOF技术支撑之下，一方面PET图像会好很多，而且图像数据更真实、可靠，数据分析更准确；另一个方面，不需要太多信号，直接结果是使注射药量大幅下降，采集时间迅速缩短。

只要有TOF技术，PET/CT性能就能“飞”起来？

其实不然，衡量TOF技术的唯一核心参数是时间分辨率，单位为皮秒（10-12秒），时间分辨率数值越小，所探知的湮灭事件的发生范围越小、越精确，TOF技术对PET系统性能增幅约高。

时间分辨率与定位精度之间的换算公式：Δx=Δt*C/2(Δx是位置误差，即定位精度；Δt是时间误差，即时间分辨率)

简言之，定位精度越好，定位范围越小，信噪比约高。图像越好，数据越准确，用药量越小，采集时间越快，PET/CT综合性能越好。

一皮秒等于万亿分之一秒，即1ps=0.0000000000001s=1秒/3171年

背景介绍

自2006年率先实现TOF技术开始，飞利浦一直致力于TOF技术的研究和发展，现在飞利浦最新Ingenuity TF PET/CT机型，其TOF技术已达到第三代水平，TOF技术时间分辨率突破了500ps的工业极限，已经达到了495ps。

单纯从数字层面来讲，650到575再到495，并没有数量级的变化。但是加上皮秒“ps”这个单位后，每一皮秒的进步都意味着“万亿”数量级的改变。TOF技术凝聚了飞利浦研发制造人员的心血，每一皮秒的进步都是对PET影像链的每一个环节精益求精的把控。