新型PRI技术首次验证：现有PET药物可成像组织微环境

2026年8月6日，东京大学工学研究生院与英国约克大学联合研究团队宣布，已建立一种利用正电子三光子衰变的新型几何成像原理，并首次成功验证正电子素比率成像(PRI)技术。该方法可结合现有临床PET显像剂使用，有望为核医学影像提供观察组织微环境的新手段。

利用正电子-3光子衰变的下一代核医学成像概念图

目前临床PET扫描主要利用正电子双光子湮灭过程显示药物在体内的分布和积累情况，但对组织缺氧等与疾病恶性程度相关的微环境信息捕捉有限。以往围绕正电子素平均寿命成像的研究通常需要开发特殊放射性药物，这成为实际应用中的重要限制。

三光子成像原理图

当水和多孔材料(XAD-4 )与18F -FDG 混合时成像结果。

(a)常规双光子PET图像，(b)三光子图像，(c)世界首张衰减比率图像(转载自论文)

此次研究中，团队关注三光子衰变与双光子衰变之间的比率，并利用三光子衰变所满足的能量—动量守恒几何对称性，将复杂的图像重建问题简化为可解析处理的二次方程。研究人员还开发了由高分辨率GAGG闪烁体阵列和硅光电倍增管(SiPM)光探测器阵列组成的伽马射线测量系统，该系统兼容临床PET扫描仪，并具备较高能量分辨率。

在实验中，研究团队使用现有PET显像剂氟代脱氧葡萄糖(18F-FDG)，对水和多孔材料XAD-4混合样品进行成像。结果显示，多孔材料中的正电子素比率明显升高，团队由此获得了三光子衰变比率图像，并完成PRI原理的首次验证。

研究团队表示，PRI技术可在不增加额外辐射暴露的情况下，无创观察生物体或材料内部的微环境信息，如空隙大小和缺氧状态。该技术未来有望用于评估癌症肿瘤缺氧情况、判断治疗耐药性，并支持阿尔茨海默病等疾病的早期检测。

此外，PRI与治疗诊断一体化方向具有一定兼容性。研究方提出，若将64Cu等兼具诊断和治疗潜力的放射性核素与PET及PRI技术结合，未来或可在肿瘤治疗过程中同步量化代谢状态和乏氧环境，为个性化医疗提供更多影像依据。相关研究题为《利用纯正电子发射体直接成像三光子衰变推进PET技术发展》，发表于《通信物理》。