PET（正電子發射斷層成像）可捕捉極微量顯像劑的體內分佈，因此被廣泛應用於臨床場景與新藥創製等領域，但分辨率低於CT和MRI是此前的一大難題。QST（國立研究開發法人量子科學技術研究開發機構）量子醫科學研究所先進核醫學基礎研究部的山谷泰賀副部長、康恆奎（Kang Han Gyu）主任研究員等人研發出一項可在小鼠頭部專用PET上實現全球最高分辨率的新技術。相關研究成果已發表在期刊《Journal of Nuclear Medicine》上。
圖1 分辨率實證實驗結果（供圖：QST）
PET的分辨率，醫用機型約為4mm，即使用於小鼠等實驗動物的設備，分辨率極限也僅為1～2mm。這是因為在探測顯像劑釋放的微量放射線時，存在感測器做得薄，靈敏度就下降；感測器做得厚，分辨率就下降這一原理層面的問題。
研究團隊通過將感測器多層化，成功兼顧了靈敏度與分辨率。這款約12mm見方的新型探測器將感測器部分（閃爍體）做成3層結構，每層的畫素節距均為0.8mm，從而實現了精細位置資訊的獲取。
圖2 出席記者見面會的山谷泰賀副部長（右）與康恆奎主任研究員（供圖：科學新聞）
圖3 左起依次為本次研發的探測器、小鼠腦部模型以及小鼠腦部專用PET（供圖：科學新聞）
畫素數按第一層11×12、第二層12×12、第三層13×13的金字塔狀排布。採用該結構，可做到根據最下層受光元件輸出的燈火信號，確定放射線被哪一層的哪個畫素吸收。
然而，單臺探測器要處理445個畫素的資訊存在技術極限，因此團隊先通過光學手段將信號壓縮至原規模的25/445，再以電學手段逐級壓縮至4/25，最終實現了全部檢測燈火信號的處理。康主任研究員表示：「晶體的節距曾是技術難點。我們在測試多種節距的同時，改良了晶體畫素的反射材料；此外將光感測器節距從傳統的3.2mm優化至2.4mm，並設計了用於信號壓縮的電子電路，最終取得了成功。」
實際製成的小鼠頭部專用PET實體模型展現出了0.5mm分辨率的全球最高性能。藉助該設備，以往無法通過PET視覺化的不足1mm的精細結構，現在都能夠直接觀察。
藉助該技術，研究人員可更高精度地捕捉小鼠腦部的功能變化與疾病進展，有望大幅提升包括腦神經疾病等領域新藥開發在內的新藥創製效率。此外，若將該技術應用於醫用PET，還有望促進癌症與認知症的早期發現。
山谷副部長表示：「雖然三維位置確定的研究在全球範圍內一直都在開展，但此前提高分辨率的構想始終未能實現。此次我們通過晶體排布、光感測器、資訊處理電路等技術，取得了性能大幅優於海外同類PET的成果。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Journal of Nuclear Medicine
論文：Sub-0.5 mm resolution PET vs. autoradiography: Comparison of mGluR1 concentrations in mouse brain
DOI：doi.org/10.2967/jnumed.125.271600
