编辑推荐：
当前 SPECT 成像技术在灵敏度和分辨率上存在局限，影响小病灶检测。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达 0.1mm，灵敏度为 1,670 cps/μCi，远超传统系统，对肿瘤早期检测意义重大。
在生物医学与癌症诊断领域，体内成像技术的发展虽极大地推动了相关研究，但现有技术的空间分辨率有限，成为了小型动物研究和早期肿瘤检测的瓶颈。以单光子发射计算机断层成像（Single-Photon Emission Computed Tomography，SPECT）为例，其当前依赖的吸收式准直技术，在灵敏度和分辨率之间存在难以平衡的矛盾，严重阻碍了对微小生理变化和肿瘤演变的精准观察，使准确识别小病灶变得困难重重。为突破这些困境，来自澳大利亚新南威尔士大学（University of New South Wales）、卧龙岗大学（University of Wollongong）以及意大利费拉拉大学（University of Ferrara）等机构的研究人员，开展了一项极具创新性的研究。他们引入了一种全新的 SPECT 系统，该系统巧妙地运用了在天文学领域常用的 X 射线和伽马射线聚焦光学元件 —— 劳厄透镜，致力于实现亚毫米尺度的高分辨率成像，同时不牺牲检测灵敏度。研究成果发表在《Scientific Reports》上，为相关领域带来了新的曙光。
研究人员为实现这一目标，运用了多种关键技术方法。首先，他们利用 Mathematica 和 MATLAB 软件进行建模与仿真。在 Mathematica 中，借助遗传算法优化劳厄透镜设计，计算布拉格衍射方程以确定相关参数；在 MATLAB 中，通过蒙特卡罗模拟研究光子传播和射线追踪，评估系统性能。此外，还开发了定制的 3D 图像重建算法，用于准确计算放射性分布。
下面来看具体的研究结果：
- 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 36 幅投影图像。从 3D 重建图像可以看出，该系统能够分辨小至 0.113 nL 的相邻体积，远优于传统 SPECT 系统。并且，重建图像的深度和位移信息与实际模型吻合良好，这表明系统能准确映射和保留 Z 轴深度信息。劳厄透镜的投影图像还呈现出不同视角，类似光场相机的效果，可实现图像重聚焦，且减少了传统准直器中常见的辐射穿透和散射导致的模糊，使图像更加清晰123。
- 分辨率和灵敏度：研究采用了两种方法评估系统分辨率。一方面，通过分析 3D 重建图像中单个点源的高斯分布，计算半高宽（Full Width at Half Maximum，FWHM）；另一方面，使用分辨率模型进行测试。两种方法均表明，该系统分辨率可达 0.1mm。在灵敏度方面，经计算，基于多劳厄透镜的 SPECT 系统灵敏度为 6.2×10??（hits/emitted），约为 57 cps/MBq，相比传统系统有显著提升456。
- 对比分析：研究人员将基于透镜的 SPECT 系统与临床常用的低能高分辨率（Low-Energy High-Resolution，LEHR）SPECT 和多针孔 Inveon SPECT 进行对比。结果显示，新系统在空间分辨率上比传统系统高出约 10 倍，灵敏度相当。这一优势使得新系统在检测微小病灶方面具有更大潜力7812。
- 病例研究：病变检测：使用定制的圆柱 - 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，仍能清晰检测到肿瘤，肿瘤的放射性示踪剂摄取约为周围组织的 6 倍，从而有效区分肿瘤与背景91011。
综合研究结论和讨论部分，基于多劳厄透镜的 SPECT 系统展现出卓越的性能。它突破了传统 SPECT 系统在分辨率和灵敏度之间的权衡限制，空间分辨率的大幅提升使其在肿瘤学、甲状腺和乳腺 SPECT 成像等领域具有广阔的应用前景，有望实现亚器官水平的研究和早期病变检测。尽管该研究成果令人振奋，但也存在一定局限性，如大型物体高分辨率成像的困难以及重建算法的复杂性等。未来，研究人员计划进一步优化系统，包括探索提高灵敏度的新方法、扩展劳厄透镜设计以适用于不同放射性示踪剂、制造物理原型等。这些后续研究将为该技术从理论走向临床实践奠定坚实基础，推动生命科学和健康医学领域的发展。
