仪器情报科学家在低剂量钙钛矿CT成像技术中取的新突破！

  随着医学成像技术的慢慢的提升，计算机断层扫描（CT）因其提供高分辨率的内部结构可视化而引起了广泛关注。CT成像以其非侵入性和快速成像能力成为了临床诊断的重要工具。然而，传统的间接闪烁体CT成像存在图像对比度降低和高剂量X射线暴露的问题，这主要是由于光损失和多步骤能量转换所致。

  间接闪烁体CT使用如氧化钇镓（YGO）、硅酸镓（GOS）等材料，这些材料通过将X射线转换为紫外–可见光子，再由硅光电二极管转换为电子信号。然而，这种多步骤的能量转换不仅导致了显著的能量损失，还引入了统计噪声。闪烁体的固有特性，如光子散射、自吸收和余辉效应，进一步加剧了这样一些问题。这些挑战导致了图像对比度的下降和X射线剂量的增加，患者因此可能暴露于较高的辐射风险。

  为了解决这样一些问题，研究者们探索了直接检测技术，这种方法直接将X射线光子转换为电子信号，从而避免了多步骤转换带来的噪声和能量损失。然而，开发直接CT成像器的主要挑战在于找到比较合适的材料，现有的如镉锌碲（CZT）虽然已被应用，但其高成本和复杂的晶体生长技术限制了其广泛应用。

  近年来，铅卤化物钙钛矿作为一种新兴材料在X射线探测领域显示出了强大的潜力。钙钛矿探测器具备优秀能力的X射线灵敏度和高检测量子效率（DQE），且材料成本低，制备方法简单。然而，尽管钙钛矿在低剂量数字放射成像中表现出色，迄今为止，关于其在CT成像中的应用还没有正真获得充分的研究。

  针对这些挑战，吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室魏浩桐教授团队在“Nature Photonics”期刊上发表了题为“Perovskite computed tomography imager and three-dimensional reconstruction”的最新论文。本文介绍了一种通过低成本喷涂工艺制备的直接铅卤化物钙钛矿CT成像仪。作者开发的探测器阵列具有980 μm的吸收层厚度和小于10 nm的表面粗糙度，显示出均匀的X射线响应，其检测量子效率达到80%，噪声等效剂量为153 pGyair。该成像仪在有效剂量仅为5.5 μSv的条件下成功实现了牙齿的三维重建，这比传统牙科锥形束CT的剂量低约两个数量级，还可以在5 mm的感兴趣区域内解析5 Hounsfield单位的低对比度检测。通过这一种新型钙钛矿CT成像技术，作者解决了传统CT成像中存在的图像对比度低和辐射剂量高的问题，提供了一种更安全、有效的成像解决方案。

  科学亮点】（1）实验首次开发了基于铅卤化物钙钛矿的直接检测CT成像仪，并采用了低成本喷涂工艺。该设备的探测器阵列具有980 μm的吸收层厚度和小于10 nm的表面粗糙度，显示了80%的检测量子效率和153 pGyair的噪声等效剂量。

  （2）实验通过直接检测模式，实现了在有效剂量仅为5.5 μSv的情况下对牙齿进行三维重建，这比传统的牙科锥形束CT的剂量低约两个数量级。

  （3）此外，该成像仪能够在5 mm的感兴趣区域内分辨5 Hounsfield单位的低对比度差异，显示出与商业闪烁体CT相当的低对比度检验测试能力。这些根据结果得出，钙钛矿CT成像仪在降低X射线剂量的同时，能有效提升成像对比度，为未来医疗成像技术的发展提供了新的方向。

  图1：  钙钛矿计算机断层扫描computed tomography，CT成像仪的实现。

  科学启迪】本文研究表明，钙钛矿材料的应用可以明显提高CT成像的对比度和降低有效剂量，这对于提高医疗影像的安全性和精确度具备极其重大意义。具体而言，通过低成本的喷涂工艺制备的直接钙钛矿CT成像仪，在仅5.5 μSv的有效剂量下成功实现了牙齿的三维重建，并能够在5 mm的感兴趣区域内分辨出5 Hounsfield单位的低对比度细节，这相较于传统牙科锥形束CT有显著的剂量减少。

  其次，研究突显了探测器阵列在提高X射线探测效率方面的优势，具备80%的检测量子效率和153 pGyair的噪声等效剂量。这表明，钙钛矿材料能够有实际效果的减少光损失和多重能量转换带来的噪声，从而提供更高质量的成像结果。

  最后，本文指出了当前面临的挑战，包括数据采集速度的限制，并提出了未来的研究方向，如集成大面积单晶钙钛矿层，逐步提升低剂量性能和空间分辨率。这些进展有望推动钙钛矿CT成像技术在医疗领域的广泛应用，促进更安全、高效的医学成像技术的发展。