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新型超快光子探测器:有望实现更简便、精准的医疗扫描

前瞻网    2021-11-02 13:58

 

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在使用X射线或伽马射线的成像中,需要用数学方法从数据中重建断面图像,这就是断层扫描的过程。在PET扫描中,标记有微量放射性同位素的分子被注入并被体内的器官和组织所吸收。这种同位素,如氟-18,是不稳定的,在衰变时发射正电子。

近日,美国和日本的研究人员展示了第一个不需要断层扫描的实验性截面医学图像(断层扫描是用于重建CT和PET扫描图像的数学过程)。研究人员表示,这一技术进展是通过开发新的、超快光子探测器实现的。这项新技术可能会带来更便宜、更简单和更准确的医疗成像。

超快速光子检测

每当其中一个正电子遇到体内的电子时,它们就会相互湮灭并同时发出两个湮灭光子。追踪这些光子的来源和轨迹,理论上可以创造出被同位素标记的组织图像。但是直到现在,研究人员在没有断层重建这一额外步骤的情况下,无法做到这一点,因为探测器的速度太慢,无法精准确定两个光子的到达时间,然后根据它们的时间差确定它们位置。

当湮灭光子撞击探测器时,它们会产生切伦科夫光子(Cherenkov photons),从而产生信号。研究人员想出了如何检测这些切伦科夫光子,其平均时间精度为32皮秒。这意味着可以以4.8毫米的空间精度确定湮灭光子产生的位置。这种速度和精度水平,让研究小组能够直接从湮灭光子中产生放射性同位素的横截面图像,而不必使用断层扫描。

研究人员描述了使用这种新技术进行的各种测试,包括在一个模仿人脑的测试对象上进行测试。研究人员非常有信心,这种程序最终可以扩展到临床诊断所需的水平,并有可能使用较低的辐射剂量,创建更高质量的图像。用这种方法还能更快地创建图像,甚至有可能在PET扫描期间实时创建。

PET扫描目前很昂贵,而且在某些方面有技术限制,因为目前的临床扫描仪,无法捕捉到湮灭光子传播时间中存在的全部信息。这项新发现会涉及一个紧凑的设备设置,可以使用放射性同位素对人体进行低成本、简便和准确的扫描。

题为Ultrafast timing enables reconstruction-free positron emission imaging的相关研究论文发表在《自然-光子学》(Nature Photonics)上。

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责任编辑: 3976DBC

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