用康普頓相機(jī)成像系統(tǒng)對(duì)X射線熒光進(jìn)行三維成像

癌癥是全球范圍內(nèi)嚴(yán)重危害人類健康的疾病，對(duì)其發(fā)病、發(fā)展原因、病理機(jī)制的研究已經(jīng)成為人類生命科學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)研究中的重大科學(xué)難題。

近年來，基于靶向納米顆粒藥物的腫瘤精準(zhǔn)診療研究越來越受到人們的關(guān)注。X射線熒光成像技術(shù)被認(rèn)為是獲取目標(biāo)物體中納米顆粒藥物分布的一種有前途的方法，它通過獲取特定元素的特征X射線熒光光子進(jìn)行高靈敏度成像。

與傳統(tǒng)的CT技術(shù)相比，X射線熒光成像可以獲得目標(biāo)物體的分子和功能信息，并且X射線熒光成像使用的示蹤劑不具有放射性，制造、使用成本更低，更安全。

圖1.建設(shè)的X射線熒光康普頓成像實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖2.含釓元素溶液的X射線熒光康普頓成像結(jié)果顯示

近日，清華大學(xué)工物系李亮課題組在知名期刊《電氣與電子工程師學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)成像會(huì)刊》（IEEE Transactions on Medical Imaging）在線發(fā)表了題為“首例X射線熒光康普頓成像示范”（First demonstration of Compton camera used for X-ray fluorescence imaging）的研究論文。

該論文展示了首例使用康普頓相機(jī)成像系統(tǒng)對(duì)X射線熒光進(jìn)行三維成像的案例，與其他傳統(tǒng)的X射線熒光成像的模式相比，該康普頓成像模式下可進(jìn)行無旋轉(zhuǎn)掃描的單視角成像，這將為X射線熒光成像帶來更多潛在的應(yīng)用場景和成像可能性。

在這項(xiàng)工作中，展示了主要由傳統(tǒng)X射線管和Timepix3光子計(jì)數(shù)探測器組成的X射線熒光康普頓成像系統(tǒng)，開發(fā)了一套完整的名為CCFIRM的成像重建算法，來解決X射線熒光康普頓成像中存在的關(guān)鍵算法問題。創(chuàng)新性成果包括有多普勒展寬校正的低能量列表模式最大似然期望最大化算法和基于光子偏振統(tǒng)計(jì)分布信息的散射校正算法。

該研究給出了釓元素的X射線熒光康普頓成像實(shí)驗(yàn)結(jié)果，成像結(jié)果表明，該課題組所提出的X射線熒光康普頓成像系統(tǒng)可以對(duì)35.14mg/ml以上濃度的釓元素實(shí)現(xiàn)有效測量。 清華大學(xué)工物系李亮副教授為該文章的通訊作者和項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，清華大學(xué)2018級(jí)博士生武傳鵬為該文章的第一作者。 該研究得到國家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、清華大學(xué)自主科學(xué)研究計(jì)劃的大力支持。






審核編輯：劉清