单光子发射计算机断层成像(SPECT)是核医学影像的关键技术，在肿瘤、心血管及神经系统疾病的诊断与生物学过程研究中发挥着重要作用。然而，传统SPECT系统依赖机械准直器进行成像，绝大多数光子在准直过程中被阻挡和吸收，空间分辨率与探测效率难以兼顾，是SPECT的核心技术瓶颈。
针对这一问题，清华大学工程物理系教师马天予提出了的“以探测器作为准直器”的原始创新自准直SPECT成像方法。该方法利用多层稀疏排布的探测器对伽马光子进行有效准直，从成像机理上解决机械准直器导致光子大量损失的限制，使探测效率与空间分辨率可以同步提升。团队于2021年首次提出自准直SPECT的基本概念并验证其性能优势，并在2023年的后续研究中系统阐明了其实现高分辨率成像的物理机理，相关研究成果均发表于领域顶级学术期刊《IEEE医学成像汇刊》(IEEE Transactions on Medical Imaging)上。
在上述理论与方法研究基础上，清华大学马天予课题组等合作研发完成了首台全环小动物自准直SPECT成像系统。该成果表明我国在高性能分子影像装备的原创方法与系统实现方面迈出了关键一步。
实验表明，该系统在高分辨率模式下，在直径10mm、长度6mm的视野内中心探测效率达0.064%，热圆柱分辨率可达0.2mm;而同类商业系统在相同条件下分辨率不优于0.25mm，对应探测效率为0.038%。在通用成像模式下，该系统视野扩展至直径24mm、长度10mm，探测效率达0.08%，可分辨0.3mm热圆柱，商业系统对应分辨率仅约0.7mm。值得注意的是，在探测器有效面积仅为国际同类系统约四分之一的条件下，该系统仍实现了综合性能的显著超越。
该系统为小动物高分辨率、快速动态分子影像提供了全新的技术路径，对生命科学基础研究、新药研发和临床前评价具有重要价值。目前，团队正进一步开展系统轴向扩展与性能优化。该研究获得北京市自然科学基金重点研究专题、国家原子能机构核技术研发计划等支持。
