50年来，医生一直使用正电子发射型计算机断层显像（PET）扫描仪来检测癌症和阿尔茨海默病等疾病。据《科学》报道，波兰雅盖隆大学的物理学家Pawe? Moskal开创了一种新技术，可以让这些设备获取更多额外的信息。

Moskal表示，PET扫描期间会在体内形成一种名为正电子素的奇特原子，通过探测其寿命，可以更好地识别不同类型癌症、监测疾病进展，并指导治疗计划。

德国慕尼黑大学的物理学家Katia Parodi说，如果Moskal能说服医疗行业参与进来，“它将真正为核医学成像开辟一个新维度”。

传统PET扫描依赖放射性示踪剂，这些示踪剂在几分钟到几小时内衰变，释放出一个正电子。当正电子遇到体内的电子时，会在一道闪光中湮灭，并向相反方向发射两个光子。PET扫描仪中的传感器检测到这些光子后，会追溯它们在患者体内的起源点。通过将示踪剂与人体自然处理的分子（如葡萄糖）结合，科学家可以监测不同组织的代谢率，以寻找疾病的标志。例如，癌细胞代谢葡萄糖的速度比正常细胞快得多。因此，病变区域会吸收更多示踪剂，在扫描中发出更亮的光。

凭借核物理背景，Moskal发现，传统PET扫描忽视了一个过程，即正电子和电子并非总是立即湮灭，约40%的情况下，它们会结合形成正电子素的临时原子态。在几纳秒内，正电子素会坍塌并自我湮灭，释放出一对延迟的光子。

Moskal与雅盖隆大学的医学物理学家Ewa St?pień合作，开始研究控制正电子素衰变速度的生理特征。正电子素形成于组织分子间的空隙中，在那里它可以躲避导致其衰变的杂散电子。在孔隙较小、密度较高的组织中，以及存在活性分子的空隙中，其寿命较短。当某些组织癌变时，它们的孔隙会缩小，氧含量会下降。St?pień和Moskal想知道这些因素将如何影响正电子素的寿命。

PET扫描通常只检测湮灭产生的两个光子，但通过使用一种在正电子素原子形成时能额外发射一个光子的示踪剂，Moskal和St?pień可以计算这个“瞬时”光子与湮灭光子之间的经过时间，从而得出正电子素寿命。他们专门设计了扫描仪来寻找这个通常被视为噪声而被忽略的瞬时光子。

在过去几年里，该团队已经证明了正电子素成像的潜在医学价值。2021年，他们报道了第一张正电子素图像，比较了从患者体内提取的癌细胞和健康细胞。研究表明，癌细胞的正电子素寿命明显短于健康细胞。去年，他们对一位脑癌患者进行了成像，发现脑肿瘤中的正电子素寿命短于健康脑组织中的寿命。

现在，美国宾夕法尼亚大学的一个团队已使用PET扫描仪练习测量小型无生命物体中的正电子素寿命，为人体成像做准备。在瑞士，伯尔尼大学与销售PET扫描仪的西门子医疗合作，最近测量了3位患者器官中的正电子素寿命。在日本国立放射线医学综合研究所，研究人员探索了如何利用正电子素对缺氧进行成像，缺氧通常与癌症进展和耐药性相关。

但该技术仍面临障碍，其中最主要的挑战是厘清控制特定组织中正电子素寿命的不同因素。而让医疗行业接受将是另一个挑战，因为大规模采用这种技术需要升级探测器和重新培训人员。不过，Moskal认为，正电子素成像的前景最终会赢得胜利。