一种新型晶体探测器有望彻底改变医生观察人体内部的方式。由美国和中国的科学家开发，该设备能以前所未有的清晰度捕捉伽马射线，承诺提供更快、更安全且更经济的扫描。这款新型探测器旨在降低成本的同时提升核医学成像质量。
医生利用核医学技术（如SPECT扫描）观察心脏泵血功能、追踪血流模式，并识别深藏于人体内部的疾病。然而，现有扫描仪依赖的探测器成本高昂且制造困难。
西北大学与中国苏州大学的研究人员现已开发出首款基于钙钛矿的探测器，能够以卓越精度捕获单个伽马射线用于SPECT成像。此项创新有望使广泛应用的核成像技术更加精准、高效、经济且安全。
对患者而言，益处可能包括更短的扫描时间、更清晰的诊断图像以及更低的辐射暴露。
该研究近期发表于《自然·通讯》期刊。
西北大学该研究资深作者梅尔库里·卡纳齐迪斯表示：“钙钛矿是一类晶体，最著名的是革新了太阳能领域。如今，它们即将为核医学带来同等变革。这是首次明确证明钙钛矿探测器能生成医生所需的那种锐利可靠的图像，以提供最佳患者护理。”
苏州大学通讯作者何一辉教授表示：“我们的方法不仅提升了探测器性能，还可能降低成本。这意味着未来更多医院和诊所将能够使用最先进的成像技术。”
卡纳齐迪斯是西北大学温伯格文理学院化学查尔斯·E.和艾玛·H.莫里森讲席教授，同时担任阿贡国家实验室高级科学家。何一辉曾是卡纳齐迪斯实验室的博士后研究员。
现有探测器的不足之处
核医学技术（如SPECT，即单光子发射计算机断层扫描）的功能如同隐形相机。医生将少量安全且短寿命的放射性示踪剂引入患者体内特定区域。该示踪剂释放伽马射线，穿透组织后由体外探测器捕获。每条伽马射线如同一个光像素，当记录数百万像素后，计算机将其组装成器官活动的三维图像。
现有探测器通常由碲锌镉（CZT）或碘化钠（NaI）制成，但两者均存在缺陷。CZT探测器成本极高，每台相机价格常达数十万至数百万美元，且晶体易碎，制造困难。NaI探测器成本较低但体积庞大，生成的图像精度不足，如同透过雾化玻璃观察。
为应对这些挑战，研究团队转向卡纳齐迪斯已研究十余年的钙钛矿晶体。2012年，其团队利用钙钛矿制成首款固态薄膜太阳能电池。到2013年，他证明单晶钙钛矿能有效探测X射线和伽马射线。这一突破得益于其团队生长高质量晶体的能力，引发国际研究热潮，并推动辐射探测材料新领域的建立。
突破性成像性能
卡纳齐迪斯表示：“这项工作展示了钙钛矿探测器如何超越实验室限制。2013年我们首次发现单晶钙钛矿能探测X射线和伽马射线时，仅能想象其潜力。如今，我们证明钙钛矿基探测器能提供核医学成像等严苛应用所需的分辨率和灵敏度。看到这项技术日益接近实际影响令人振奋。”
基于此基础，卡纳齐迪斯和何一辉主导了本次研究的晶体生长、表面工程与设备设计。通过精心培育和塑形晶体，研究人员创建了像素化传感器——如同智能手机相机的像素——提供突破性的清晰度和稳定性。
何一辉领导了原型伽马射线探测器的设计与开发，构建了相机的像素化架构，优化了多通道读出电子系统，并执行高分辨率成像实验以验证设备能力。何一辉、卡纳齐迪斯及其团队证明，钙钛矿基探测器可实现创纪录的能量分辨率和前所未有的单光子成像性能，为实用化集成至下一代核医学成像系统铺平道路。
实际影响与商业化
何一辉表示：“设计这款伽马射线相机并验证其性能极具成就感。通过将高质量钙钛矿晶体与精心优化的像素化探测器及多通道读出系统结合，我们实现了突破性的能量分辨率和成像能力。这项工作展示了钙钛矿基探测器变革核医学成像的真实潜力。”
实验中，该探测器能以迄今最佳分辨率区分不同能量的伽马射线。它还成功感应临床常用医疗放射性示踪剂（锝-99m）的极微弱信号，识别极其精细的特征，生成可分离相距仅数毫米微小放射源的清晰图像。探测器保持高度稳定，几乎无损失或失真地收集全部示踪信号。由于新探测器更灵敏，患者可能需要更短扫描时间或更低辐射剂量。
西北大学衍生企业Actinia Inc.正推动该技术商业化——与医疗器械领域伙伴合作，将技术从实验室带入医院。钙钛矿更易生长且组件更简单，为CZT和NaI探测器提供了成本远低且不牺牲质量的替代方案。钙钛矿基探测器还提供了实际路径：使用低于NaI探测器所需的放射性示踪剂剂量进行成像，同时确保价格亲民以惠及广大患者。
何一辉表示：“证明钙钛矿能实现单光子伽马射线成像是一个里程碑。它表明这些材料已准备好走出实验室，进入直接惠及人类健康的科技领域。接下来，我们将进一步优化探测器、扩大生产规模，并探索医学成像的全新方向。”
卡纳齐迪斯强调：“高质量核医学不应仅限于能负担最昂贵设备的医院。借助钙钛矿，我们能为全球更多患者开启更清晰、更快捷、更安全扫描的大门。终极目标是为患者提供更优质的扫描、诊断和护理。”
参考文献：《用于核医学的高能量与空间分辨率钙钛矿半导体单光子伽马射线成像》，作者：沈楠楠、何旭昌、高婷婷、肖波、王玉泉、任若涵、秦浩明、Khasim Saheb Bayikadi、刘志福、J. A. Peters、Bruce W. Wessels、王路瑶、欧阳霄、魏书泉、孙启浩、刘学平、来一飞、欧阳晓平、柴之芳、Mercouri G. Kanatzidis和何一辉，2025年8月30日，《自然·通讯》。
DOI: 10.1038/s41467-025-63400-7
研究获得美国国防威胁降低局（项目编号HDTRA12020002）、电离辐射与物质相互作用大学研究联盟、中国国家重点研发计划（项目编号2021YFF0502600）、国家自然科学基金（项目编号U2267211）及江苏省自然科学基金（项目编号BK20240822）支持。
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