无需断层扫描的横断面成像技术，来了！

当今的医学成像技术(例如CT和PET扫描)相当耗时，且设备昂贵笨重，一大原因是需要断层扫描成像重建，使用数学算法通过原始数据创建横断面图像。日前，美国和日本的研究人员在没有额外断层扫描重建的情况下，创建出首张组织横断面图像。这项研究于10月14日发表在英国科学杂志Nature Photonics杂志上。

该论文的通讯作者，来自美国加州大学戴维斯分校生物医学工程系的教授Simon Cherry表示，通过这种新方法，放射科医生可以更快地创建图像，有可能实现实时PET扫描，因为不再需要事后重建。他希望未来能够据此开发出更便宜、更简便、更准确的医学成像工具。该方法使用了日本滨松集团(Hamamatsu Photonics)开发的新型超快光子探测器。

在PET成像中，放射性同位素衰变并发射正电子。当这些正电子与体内的电子接触时，它们会相互湮灭，并发出两个湮灭光子。追踪这些光子的起源和轨迹，理论上就可以创建组织的图像。但目前的现状是，如果没有额外的断层扫描重建步骤，就无法做到这一点，因为探测器太慢而无法精确跟踪两个光子的到达时间。

研究人员设计了新的探测器来探测这些光子(称为切伦科夫光子，Cherenkov photons)，平均计时精度为32皮秒。这样能够以4.8毫米的空间精度来确定光子产生的位置。

▲ 超快光子探测器产生的图像

Simon Cherry说，这实际上是“以光速成像”，让用户在没有断层扫描的情况下生成横断面图像。

探测器由切伦科夫辐射器(Cerenkov radiator)组成，可有效吸收伽玛射线，并快速发射少量可见光光子。连接的微通道板光电倍增管(microchannel plate photomultiplier tube，MCP-PMT) 将光子转换为电子，并将电子数量增加为可测量到的检测信号。信号的计时精度约为25皮秒。Cherry表示，结合MCP-PMT和切伦科夫辐射器，用户可以在大约30纳秒的时间里计算出伽玛射线的到达时间。

▲ 一对光子探测器

科研人员使用该技术进行了各种试验，包括模拟人脑的测试。他们相信，随着研究进一步深入，这种方法可以发展到应用于临床诊断的水平，从而有可能以较低的辐射剂量得到更高质量的图像。

这篇论文的通讯作者Simon Cherry教授，中国同行并不陌生。他本人专注于研究PET系统、多模态系统、伽玛射线和X射线探测技术。2018年，联影推出了全身型PET-CT(uEXPLORER探索者)，是携手美国顶尖分子影像团队“探索者”联盟而打造。而“探索者”联盟的负责人之一，就是Simon Cherry教授。他此前也曾多次来访中国，在中国科学院深圳先进技术研究院、西安电子科技大学等地交流PET最新研究进展。

关于这次最新研究成果，Simon Cherry教授表示，最终目标是开发出一台具有uEXPLORER探索者那样几何结构的设备，但配备这些超快速探测器将成为挑战。要从论文试验中的2个探测器扩展到500,000 多个探测器，还有很长的路要走。

他说，未来将会有几个关键的发展和创新，包括元件小型化，开发多通道设备，开发能够以这种速度运行并可扩展的电子设备，以及开发具有成本效益的诊断设备。这种方法应用于人体之前，还需要进行重大的技术改进。研究人员希望在未来两到三年内开始将其应用于小动物成像。