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(xué)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(xué)過程。這項工作于 10 月 14 日發(fā)表在Nature Photonics 上，可能會導(dǎo)致更便宜、更容易和更準(zhǔn)確的醫(yī)學(xué)成像。

加州大學(xué)戴維斯分校生物醫(yī)學(xué)工程和放射學(xué)教授、該論文的資深作者西蒙·切里 (Simon Cherry) 說，這一進(jìn)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(lǐng)域的圣杯，”Cherry 說。

實驗工作由加州大學(xué)戴維斯分校生物醫(yī)學(xué)工程系的項目科學(xué)家 Sun Il Kwon 和濱松光子學(xué)的 Ryosuke Ota 領(lǐng)導(dǎo)，新的光子探測器技術(shù)是在那里開發(fā)的。其他合作者包括福井大學(xué)玉川洋一教授和北里大學(xué)長谷川智之教授領(lǐng)導(dǎo)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(xué)方式重建橫截面圖像。在 PET 掃描中，標(biāo)記有痕量放射性同位素的分子被注射并被體內(nèi)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(dāng)這些正電子中的一個遇到體內(nèi)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(biāo)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(dá)時間，從而無法根據(jù)時間差確定它們的位置。

當(dāng)湮滅光子撞擊探測器時，它們會產(chǎn)生切倫科夫光子，從而產(chǎn)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(zhǔn)確性使研究團(tuán)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(shù)進(jìn)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(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。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。