清華新聞網(wǎng)5月6日電 單光子發(fā)射斷層成像(SPECT)技術(shù)作為臨床四大醫(yī)學(xué)影像手段之一——核醫(yī)學(xué)影像的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于腫瘤、心血管、內(nèi)分泌等重大疾病診斷中，也是惡性腫瘤的一體化核素診療手段中的關(guān)鍵監(jiān)測(cè)方法。SPECT是特色的功能和分子影像技術(shù)，有極高（納摩爾/升）的生物學(xué)靈敏度。
SPECT技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，其落后的空間分辨率和探測(cè)效率（臨床SPECT的分辨率一般為1cm，探測(cè)效率為0.01%）嚴(yán)重制約其影像學(xué)診斷價(jià)值和臨床應(yīng)用范圍。其中，由鉛、鎢等重金屬制成的機(jī)械吸收式準(zhǔn)直器既是SPECT成像必不可少的成像部件，也因其吸收了99.9%以上的光子，使得分辨率和探測(cè)效率性能互相制約，是SPECT性能提升的關(guān)鍵瓶頸。
4月15日，發(fā)表在《IEEE醫(yī)學(xué)成像匯刊》(IEEE Transactions on Medical Imaging)上的一項(xiàng)最新研究中，清華大學(xué)工物系和北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)以“采用多層交錯(cuò)馬賽克探測(cè)器的自準(zhǔn)直SPECT”(Self-collimating SPECT with multi-layer interspaced mosaic detectors)為題，提出了“用探測(cè)器做準(zhǔn)直器”的自準(zhǔn)直SPECT成像原始創(chuàng)新思想。
這一思想是SPECT準(zhǔn)直基本機(jī)理層面的新突破。通過(guò)將探測(cè)器在三維空間中分離排列形成稀疏陣列，既實(shí)現(xiàn)了高空間分辨率準(zhǔn)直效果，又避免了光子損失，達(dá)到高探測(cè)效率，從根本上避免了機(jī)械吸收準(zhǔn)直造成的空間分辨率和探測(cè)效率間的相互制約。研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)人腦成像和小動(dòng)物成像的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：自準(zhǔn)直人腦SPECT能夠達(dá)到0.5mm分辨率和3.88%探測(cè)效率；自準(zhǔn)直小動(dòng)物SPECT能夠達(dá)到0.05mm分辨率和1.25%探測(cè)效率。原型成像裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：對(duì)邊緣間距＜0.1mm（直徑=中心距=0.3mm）的點(diǎn)源陣列，在總活度0.32mCi，成像時(shí)間≥15分鐘條件下能夠清晰分辨。
論文匿名評(píng)審人一致對(duì)論文工作給予了高度評(píng)價(jià)。該工作在人類(lèi)重大疾病診療、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)機(jī)理研究、新藥物開(kāi)發(fā)和臨床前驗(yàn)證等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)已開(kāi)始著手進(jìn)行極高分辨率小動(dòng)物SPECT系統(tǒng)和人體SPECT成像系統(tǒng)研發(fā)。
自準(zhǔn)直SPECT成像原理
工物系馬天予副教授為論文的共同第一作者和共同通訊作者，劉亞強(qiáng)研究員和北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院何作祥教授為論文共同通訊作者，北京科技大學(xué)魏清陽(yáng)副教授為論文的共同第一作者，美國(guó)紐約州立布法羅大學(xué)的姚如濤(Rutao Yao)教授對(duì)研究方案設(shè)計(jì)作出了重要貢獻(xiàn)。本工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃及“雙一流”學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目的大力支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1109/TMI.2021.3073288
供稿：工物系
編輯：李華山
審核：曲田
