用康普顿相机成像系统对X射线荧光进行三维成像

癌症是全球范围内严重危害人类健康的疾病，对其发病、发展原因、病理机制的研究已经成为人类生命科学和临床医学研究中的重大科学难题。

近年来，基于靶向纳米颗粒药物的肿瘤精准诊疗研究越来越受到人们的关注。X射线荧光成像技术被认为是获取目标物体中纳米颗粒药物分布的一种有前途的方法，它通过获取特定元素的特征X射线荧光光子进行高灵敏度成像。

与传统的CT技术相比，X射线荧光成像可以获得目标物体的分子和功能信息，并且X射线荧光成像使用的示踪剂不具有放射性，制造、使用成本更低，更安全。

图1.建设的X射线荧光康普顿成像实验平台

图2.含钆元素溶液的X射线荧光康普顿成像结果显示

近日，清华大学工物系李亮课题组在知名期刊《电气与电子工程师学会医学成像会刊》（IEEE Transactions on Medical Imaging）在线发表了题为“首例X射线荧光康普顿成像示范”（First demonstration of Compton camera used for X-ray fluorescence imaging）的研究论文。

该论文展示了首例使用康普顿相机成像系统对X射线荧光进行三维成像的案例，与其他传统的X射线荧光成像的模式相比，该康普顿成像模式下可进行无旋转扫描的单视角成像，这将为X射线荧光成像带来更多潜在的应用场景和成像可能性。

在这项工作中，展示了主要由传统X射线管和Timepix3光子计数探测器组成的X射线荧光康普顿成像系统，开发了一套完整的名为CCFIRM的成像重建算法，来解决X射线荧光康普顿成像中存在的关键算法问题。创新性成果包括有多普勒展宽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统计分布信息的散射校正算法。

该研究给出了钆元素的X射线荧光康普顿成像实验结果，成像结果表明，该课题组所提出的X射线荧光康普顿成像系统可以对35.14mg/ml以上浓度的钆元素实现有效测量。 清华大学工物系李亮副教授为该文章的通讯作者和项目负责人，清华大学2018级博士生武传鹏为该文章的第一作者。 该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、清华大学自主科学研究计划的大力支持。






审核编辑：刘清