2023年8月24日，深圳湾实验室生物医学工程研究所彭旗宇/谢思维课题组在分子影像技术领域权威期刊IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences发表了题为Development and Evaluation of 0.35-mm-Pitch PET Detectors With Different Reflector Arrangements 的文章，报告了微截面晶体、反射材料、阵列设计、光电系统、解码算法等构建超高分辨率PET探测器的核心技术和方法上的突破。课题组成功研发已知全球最小的250μm微晶体截面16×16 LYSO: Ce晶体阵列探测器，该探测器具有良好的解码性能、能量分辨率和时间分辨率，为超高分辨率PET显微技术、设备和应用研究的发展奠定了坚实的基础。

小动物正电子发射断层扫描（PET）是一种广泛应用于临床前生物医学研究的先进分子影像技术，特别是用于表征活体动物的器官和组织功能及代谢过程。考虑到生物模型中常用的小鼠和大鼠的器官体积远小于人类，因此实现高空间分辨率对小动物PET显像至关重要。微截面晶体构建PET探测器的技术，是实现超高分辨率显微PET分子和功能成像的关键技术。然而，受到微截面晶体制造和加工、光电测量系统、解码算法等技术的限制，设计实现晶体截面尺寸小于0.5 mm的PET探测器极具挑战性[1]。

课题组在前期工作中，成功研发了深圳首台截面晶体为1 mm的高分辨率小动物PET/CT系统，为大湾区生命科学研究提供了先进的技术支持。包括北京大学、南方医科大学、南方科技大学、中山大学、深圳湾实验室和中科院深圳先进技术研究院等高校及科研单位的多个课题组，采用该系统进行了220余次的小鼠显像和科学研究，内容涵盖了放射分子探针研发、肿瘤和神经系统疾病的诊断和治疗研究等多个前沿领域。

在此基础上，课题组近期成功研发了晶体截面为0.5 mm的高分辨率PET探测器，实现了小动物PET系统和图像空间分辨率0.5mm的突破[2]。课题组最新研制的基于0.25×0.25×6.25 mm³的微尺寸LYSO: Ce晶体的16×16的晶体阵列PET探测器，是已知晶体截面面积最小的PET探测器，有望推动PET分子影像技术朝着显微成像的方向发展。

图1 微尺寸LYSO: Ce晶体阵列制备工艺流程

图2 250μm微尺寸LYSO: Ce晶体阵列的照片，及解码图、典型能谱、能量分辨率和时间分辨率等性能测试结果

本文为深圳湾实验室彭旗宇/谢思维课题组与华中科技大学许剑锋课题组合作完成。深圳湾实验室生物医学工程研究所资深研究员彭旗宇、启航学者谢思维、华中科技大学教授许剑锋为本文的通讯作者。华中科技大学博士生、课题组客座学生张熙为本文第一作者。华中科技大学博士生、课题组客座学生于昕，华中科技大学硕士生、课题组客座学生张恒，华中科技大学博士生刘昌林，哈佛大学Hamid Sabet为本文合作者。该研究获得国家自然科学基金(51627807)、深圳市科技计划(KQTD2017033015530192)的支持。

彭旗宇/谢思维课题组的主要研究方向是：（1）新一代高分辨率、高时间分辨率、高灵敏度PET探测器、PET/CT和PET/MRI系统研发，及高性能分子显像在癌症、脑疾病及心血管疾病的机制及临床诊疗中的应用研究。（2）移动式可穿戴脑部TOF-PET探测器和系统，颠覆传统静卧成像方法，实现动物及人类在清醒、活动、任务和更自然环境下的全脑的动态脑功能成像，为脑科学研究、重大脑疾病（AD、PD等）的机制研究及临床诊疗，提供全新的工具。

PET高端分子影像系统的研发涉及核物理学、材料学、电子学、机械工程学、算法和软件、放射药物、生物科学、医学临床等多个领域。我们团队是国内首个针对分子影像跨学科特点的，“PET设备研发—PET探针研制—PET临床应用”一体化的，先进分子影像技术合作与创新团队，支持了深圳湾实验室首家科研成果转化公司的孵化，正在推动深圳湾首个临床合作中心（深圳湾-中大七院共建分子影像中心）的建设。我们正在招收助理研究员、博士后、博士和硕士研究生，欢迎有志于先进分子影像技术和应用研究者申请加入我们！

参考文献

[1] S. Xie et al., "Ultra-precise surface processing of lyso scintillator crystals for positron emission tomography," Appl Surf Sci, vol. 469, pp. 573-581, Mar 1 2019.

[2] X. Zhang et al., "Design study of a pet detector with 0.5 mm crystal pitch for high-resolution preclinical imaging," Phys Med Biol, vol. 66, no. 13, Jul 1 2021.

原文信息：

Development and Evaluation of 0.35-mm-Pitch PET Detectors With Different Reflector Arrangements

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课题组网页：

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来源 | 彭旗宇/谢思维课题组

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