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为解决传统 SPECT 成像技术中灵敏度与分辨率难以平衡，限制小病灶检测等问题，研究人员开展了基于多劳厄透镜（Laue lens）的 SPECT 系统研究。结果显示该系统空间分辨率可达 0.1mm，灵敏度为 1,670 cps/μCi ，远超现有系统，对早期肿瘤检测意义重大。
在生命科学和医学研究的广袤领域中，成像技术就像是科学家们的 “透视眼”，帮助我们窥探身体内部的奥秘。然而，传统的单光子发射计算机断层成像（Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT）技术却有着不小的短板。它在检测小动物体内的细微变化和早期肿瘤时，就像戴着一副模糊的眼镜，空间分辨率有限，难以清晰呈现目标。这是因为当前 SPECT 成像依赖的吸收式准直器，使得灵敏度和分辨率之间形成了一种难以调和的矛盾，就像鱼与熊掌不可兼得，严重阻碍了在生物医学众多领域的深入研究，导致小病灶难以被精准识别。
为了突破这一困境，来自澳大利亚新南威尔士大学、伍伦贡大学以及意大利费拉拉大学等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们致力于研发一种全新的 SPECT 系统，该系统巧妙地引入了在天文学中常用的 X 射线和伽马射线聚焦光学元件 —— 劳厄透镜，试图打破传统的局限。最终，他们取得了令人瞩目的成果，相关研究发表在《Scientific Reports》上。这一成果为生物医学研究和早期肿瘤检测带来了新的曙光，有望推动精准医疗的重大进步。
研究人员在探索过程中，运用了多种关键技术方法。首先，他们借助 Mathematica 和 MATLAB 软件，分别进行了不同的研究。在 Mathematica 中，利用遗传算法对劳厄透镜进行设计和优化；在 MATLAB 中，通过蒙特卡罗模拟来评估光子传播和伽马射线的前向投影。同时，还开发了定制的 3D 图像重建算法，用于准确重构聚焦光子产生的投影图像。
下面来详细看看研究结果：
- 投影和 3D 重建图像：通过旋转劳厄准直器对三点源模型进行扫描，生成了多组投影图像。从 3D 重建图像中可以清晰地分辨出相邻体积仅为 0.113nL 的区域，这一分辨率远远超越了传统 SPECT 系统。并且，系统能够准确映射和保留物体沿 Z 轴的深度信息以及横向位移信息，这意味着它可以更精确地确定物体的位置12。
- 分辨率和灵敏度：研究采用了两种方法来研究系统分辨率。一是分析 3D 重建图像的半高宽（Full Width at Half Maximum，FWHM），二是使用分辨率模型进行检测。结果表明，该系统的分辨率可达 0.1mm，能够清晰区分半径为 0.03mm、中心间距为 0.1mm 的三个点源以及三个圆柱形毛细管。同时，系统的灵敏度经测定为 57cps/MBq ，展现出良好的检测性能345。
- 对比分析：研究人员将基于劳厄透镜的 SPECT 系统与传统的临床低能高分辨率（Low-Energy High-Resolution，LEHR）SPECT 和多针孔 Inveon SPECT 进行了对比。结果显示，新系统在空间分辨率上具有显著优势，比传统系统提高了约 10 倍，而灵敏度则与传统系统相当6。
- 病例研究：病灶检测：利用定制的圆柱 - 球体模型进行断层扫描，结果表明，即使存在周围器官吸收放射性药物产生的背景噪声，该系统凭借高计数率，仍能清晰地检测到肿瘤，肿瘤的放射性示踪剂摄取量约为周围组织的 6 倍，从而能够有效区分肿瘤与背景78。
在研究结论和讨论部分，基于多劳厄透镜的 SPECT 系统展现出了独特的优势。它打破了传统系统中灵敏度和分辨率相互制约的困境，分辨率的提升使得 SPECT 在肿瘤学、甲状腺和乳腺成像等领域有了更广阔的应用前景，有助于实现亚器官水平的研究和早期病灶的检测。然而，该研究也存在一些局限性，例如在大物体的高分辨率成像方面还面临挑战，重建算法需要进一步优化。尽管如此，这项研究仍然为未来的核医学成像技术发展奠定了坚实基础，开启了 SPECT 高分辨率成像的新篇章，有望在临床实践中发挥重要作用，推动医学诊断技术迈向新的高度。
