在国家自然科学基金项目（批准号：81727807）等的资助下，清华大学马天予、刘亚强与何作祥联合研究团队在单光子发射断层成像（SPECT）技术方面取得进展。该研究成果于2021年4月15日以“采用多层交错马赛克探测器的自准直SPECT（Self-collimating SPECT with multi-layer interspaced mosaic detectors）”为题，在线发表在《IEEE医学成像汇刊》（IEEE Transactions on Medical Imaging）杂志。马天予，刘亚强与何作祥为论文共同通讯作者，论文链接：https://doi.org/10.1109/TMI.2021.3073288。
长期以来SPECT技术的空间分辨率和探测效率较低，严重制约了其影像学诊断价值和临床应用范围。这是因为，由铅和钨等重金属制成的机械吸收式准直器吸收了99.9%以上的光子，使得分辨率和探测效率性能相互制约（临床SPECT的分辨率为1 cm，探测效率为0.01%），导致SPECT性能落后。研究团队创新性提出了“用探测器做准直器”的自准直SPECT成像方案，实现了SPECT准直基本机理层面的突破。通过将探测器在三维空间中分离排列形成稀疏阵列，既能实现高空间分辨率准直效果，又能避免光子损失，达到高探测效率，从而避免了机械吸收准直造成的空间分辨率和探测效率间的相互制约。
研究团队通过人脑成像和小动物成像的模拟实验表明：自准直人脑SPECT能够达到0.5mm分辨率和3.88%探测效率；自准直小动物SPECT能够达到0.05mm分辨率和1.25%探测效率。原型成像装置实验结果为：对边缘间距<0.1mm的点源阵列（直径=中心距=0.3mm），在总活度0.32mCi，成像时间>=15分钟条件下能够清晰分辨。
该成果有望大幅提升SPECT技术的分辨率和探测效率，革新SPECT成像模式，对肿瘤骨骼转移、心脑血管疾病、肾功能疾病的精确诊断，及放射性核素治疗药物的精准剂量评估具有潜在的临床应用价值。
图1 自准直SPECT的模拟和原理装置验证，(a) 人脑自准直SPECT设计示意图；(b) 模拟验证人脑自准直SPECT达到0.5 mm分辨率和3.88%探测效率；(c) 自准直SPECT原理成像装置；(d) 实验验证自准直小动物SPECT在15分钟条件下清晰分辨总活度为0.32 mCi，间距<0.1 mm的点源阵列