和的研究人員展示了第一個不需要斷層掃描的實驗性橫截面醫(yī)學圖像，斷層掃描是一種用于在 CT 和 PET 掃描中重建圖像的數(shù)學過程。這項工作于 10 月 14 日發(fā)表在Nature Photonics 上，可能會導致更便宜、更容易和更準確的醫(yī)學成像。

加州大學戴維斯分校生物醫(yī)學工程和放射學教授、該論文的資深作者西蒙·切里 (Simon Cherry) 說，這一進展是通過開發(fā)新的超快光子探測器實現(xiàn)的。

“我們實際上是以光速成像，這是我們領域的圣杯，”Cherry 說。

實驗工作由加州大學戴維斯分校生物醫(yī)學工程系的項目科學家 Sun Il Kwon 和濱松光子學的 Ryosuke Ota 領導，新的光子探測器技術是在那里開發(fā)的。其他合作者包括福井大學玉川洋一教授和北里大學長谷川智之教授領導的研究小組。

斷層掃描過程需要從使用 X 射線或伽馬射線的成像數(shù)據(jù)中以數(shù)學方式重建橫截面圖像。在 PET 掃描中，標記有痕量放射性同位素的分子被注射并被體內的器官和組織吸收。同位素，例如氟 18，不穩(wěn)定并在衰變時發(fā)射正電子。

超快光子探測

每當這些正電子中的一個遇到體內的電子時，它們就會相互湮滅并同時放出兩個湮滅光子。從理論上講，跟蹤這些光子的起源和軌跡可以創(chuàng)建用同位素標記的組織圖像。但是直到現(xiàn)在，如果沒有額外的斷層掃描重建步驟，研究人員無法做到這一點，因為探測器太慢而無法精確確定兩個光子的到達時間，從而無法根據(jù)時間差確定它們的位置。

當湮滅光子撞擊探測器時，它們會產生切倫科夫光子，從而產生信號。Cherry 和他的研究人員想出了如何以 32 皮秒的平均計時精度檢測這些切倫科夫光子。這意味著他們可以以 4.8 毫米的空間精度確定湮滅光子的出現(xiàn)位置。這種水平的速度和準確性使研究團隊能夠直接從湮滅光子生成放射性同位素的橫截面圖像，而無需使用斷層掃描。

在他們的論文中，研究人員描述了他們使用新技術進行的各種測試，包括模擬人腦的測試對象。他們相信該程序最終可擴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)建更高質量的圖像。使用這種方法還可以更快地創(chuàng)建圖像，甚至可能在 PET 掃描期間實時創(chuàng)建，因為不需要事后重建。