在使用X射線或伽馬射線的成像中，需要用數(shù)學(xué)方法從數(shù)據(jù)中重建斷面圖像，這就是斷層掃描的過程。在PET掃描中，標(biāo)記有微量放射性同位素的分子被注入并被體內(nèi)的器官和組織所吸收。這種同位素，如氟-18，是不穩(wěn)定的，在衰變時(shí)發(fā)射正電子。

近日，美國和日本的研究人員展示了第一個(gè)不需要斷層掃描的實(shí)驗(yàn)性截面醫(yī)學(xué)圖像（斷層掃描是用于重建CT和PET掃描圖像的數(shù)學(xué)過程）。研究人員表示，這一技術(shù)進(jìn)展是通過開發(fā)新的、超快光子探測器實(shí)現(xiàn)的。這項(xiàng)新技術(shù)可能會(huì)帶來更便宜、更簡單和更準(zhǔn)確的醫(yī)療成像。

超快速光子檢測

每當(dāng)其中一個(gè)正電子遇到體內(nèi)的電子時(shí)，它們就會(huì)相互湮滅并同時(shí)發(fā)出兩個(gè)湮滅光子。追蹤這些光子的來源和軌跡，理論上可以創(chuàng)造出被同位素標(biāo)記的組織圖像。但是直到現(xiàn)在，研究人員在沒有斷層重建這一額外步驟的情況下，無法做到這一點(diǎn)，因?yàn)樘綔y器的速度太慢，無法精準(zhǔn)確定兩個(gè)光子的到達(dá)時(shí)間，然后根據(jù)它們的時(shí)間差確定它們位置。

當(dāng)湮滅光子撞擊探測器時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生切倫科夫光子（Cherenkov photons），從而產(chǎn)生信號(hào)。研究人員想出了如何檢測這些切倫科夫光子，其平均時(shí)間精度為32皮秒。這意味著可以以4.8毫米的空間精度確定湮滅光子產(chǎn)生的位置。這種速度和精度水平，讓研究小組能夠直接從湮滅光子中產(chǎn)生放射性同位素的橫截面圖像，而不必使用斷層掃描。

研究人員描述了使用這種新技術(shù)進(jìn)行的各種測試，包括在一個(gè)模仿人腦的測試對(duì)象上進(jìn)行測試。研究人員非常有信心，這種程序最終可以擴(kuò)展到臨床診斷所需的水平，并有可能使用較低的輻射劑量，創(chuàng)建更高質(zhì)量的圖像。用這種方法還能更快地創(chuàng)建圖像，甚至有可能在PET掃描期間實(shí)時(shí)創(chuàng)建。

PET掃描目前很昂貴，而且在某些方面有技術(shù)限制，因?yàn)槟壳暗呐R床掃描儀，無法捕捉到湮滅光子傳播時(shí)間中存在的全部信息。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)會(huì)涉及一個(gè)緊湊的設(shè)備設(shè)置，可以使用放射性同位素對(duì)人體進(jìn)行低成本、簡便和準(zhǔn)確的掃描。

題為Ultrafast timing enables reconstruction-free positron emission imaging的相關(guān)研究論文發(fā)表在《自然-光子學(xué)》（Nature Photonics）上。

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論文原文：

https://www.nature.com/articles/s41566-021-00871-2

標(biāo)簽： 光子探測器 醫(yī)療掃描