在单光子发射断层成像（SPECT）中，“用探测器做准直器”的自准直SPECT成像思想有望使成像系统性能实现量级水平突破，带来SPECT技术革新。相关论文“Self-collimating SPECT with multi-layer interspaced mosaic detectors” 2021年4月15日在线发表于《IEEE医学成像汇刊》【IEEE Transactions on Medical Imaging】。期刊2020年影响因子为6.685，平均投稿录用率为14.2%。在论文中，我系马天予副教授提出了自准直SPECT成像思想并主导了模拟和原理装置实验验证。北京科技大学魏清阳副教授在验证实验中作出了重要贡献。刘亚强研究员和北京清华长庚医院何作祥教授全程指导了此项工作。美国纽约州立布法罗大学的Rutao Yao教授对论文研究方案设计及论文写作有重要贡献。

SPECT技术作为临床四大医学影像手段之一——核医学影像的重要组成部分，广泛应用于肿瘤、心脑血管、内分泌等重大疾病诊断中，也是恶性肿瘤的一体化核素诊疗手段中关键的监测手段。SPECT是特色的功能和分子影像技术，有极高（纳摩尔/升）的生物学灵敏度；但长期以来其落后的空间分辨率和探测效率物理性能严重制约了影像学诊断价值。其中，由铅、钨等重金属制成的机械吸收式准直器既是SPECT成像必不可少的成像部件，也因其吸收了99.9%以上的光子，使得分辨率和探测效率性能互相制约（临床SPECT的分辨率为1cm，探测效率为0.01%），成为导致SPECT性能落后的核心瓶颈。

论文从SPECT准直基本机理层面出发，提出了原始创新的探测器自准直思想。论文设计了三维空间稀疏排列的探测器阵列，利用伽马光子在探测器单元上的吸收自然形成对光子准直效果。通过合理构造探测器单元空间构型，可以达到高空间分辨率；同时,被准直的光子落入其他探测器单元，避免光子的损失，可以达到高探测效率。因此，自准直思想成像从根本上避免了机械吸收准直的缺点，打破了SPECT性能提升的关键瓶颈。

论文针对人脑成像和小动物成像分别进行了模拟实验。结果表明：自准直人脑SPECT能够达到0.5 mm~1 mm分辨率和3.88%探测效率；自准直小动物SPECT能够达到0.05 mm~0.1 mm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（直径="中心距=0.3" mm）的点源阵列，在总活度0.32mci，成像时间>=15分钟条件下能够清晰分辨。

三位论文的匿名评审人一致对论文工作给予了高度评价。评审人分别认为：“该工作是整条研究路线的奠基性工作(This work can sever as a foundation for an entire line of research)”、“本工作引入入胜，思想新颖，做出了原创性的贡献(This is an interesting work, presenting an innovative concept… propose an original contribution)”、“论文的思想和结果如此具有吸引力，有望带来SPECT技术的革新(The concept and results of this manuscript are so interesting and have a potential to contribute to the innovation of SPECT imaging technology)”。

本次研究由我系医学物理所核医学影像课题组主导完成。课题组已同时开始进行极高分辨率小动物SPECT系统和人体SPECT成像系统研发。相关工作得到清华大学自主科研计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划资助，以及“双一流”学科建设项目的经费支持。