量子研究解锁PET扫描在疾病检测中的潜力

G4可视化显示了源位置（绿色圆圈），支架（橙色），SCD（红色框），DM¹/DM¹检测器的LYSO像素（蓝色）。

       量子纠缠的新研究有望极大地提升疾病检测水平，比如癌症和阿尔茨海默病的检测。约克大学科学家的此项研究或许会给正电子发射断层扫描（PET）带来重大改进，PET 扫描在癌症诊断中广泛应用，也是诊断阿尔茨海默病的有效方法之一。这项研究成果发表于《物理评论快报》，探讨了 “量子纠缠” 在大幅提高疾病检测方面的巨大潜力。

量子纠缠是一种粒子相互关联的现象，一个粒子的状态能够瞬间影响另一个粒子的状态，无论它们相隔多远。

从癌症到阿尔茨海默病

       PET 扫描是诊断癌症的极为有效的技术之一，同时也是诊断阿尔茨海默病的一种有价值手段。其通过追踪注入体内的放射性物质，来揭示器官和组织的运作情况。一些细胞，如癌细胞会吸收更多葡萄糖，在扫描中显得更亮。这是因为放射性物质会释放出一种名为正电子的粒子，正电子与体内电子相互作用产生能量射线（即伽马光子）。这些伽马光子被 PET 扫描仪探测到，从而定位高活动区域，如肿瘤所在区域。然而，探测伽马光子颇具挑战，因为部分光子在被测量前就已发生散射，这些被称为 “垃圾” 散射事件。约克大学的一项新研究旨在借助量子物理学，利用这些散射信号以提高 PET 扫描的准确性。

新的可能性

       研究表明，将 PET 扫描技术与量子粒子理论的进步相结合，通常被舍弃的垃圾事件能够提供有价值的信息。这是由于 PET 光子是在量子纠缠状态下产生的，意味着一个光子的行为会影响另一个光子，即便它们相距甚远。此项研究显示，量子纠缠在产生垃圾事件的散射过程中大部分得以保留。这些发现为利用人工智能和机器学习分析这些垃圾事件产生的数据开辟了令人振奋的新可能。反过来，这可能会带来更灵敏的诊断工具，并有可能降低患者所需的辐射剂量。约克大学强子与核物理学主席丹尼尔・沃茨教授领导了该项目，他表示：“PET 光子之间量子纠缠的稳健性确实令人惊讶。如今我们对这种量子纠缠有了更深入的基本了解，量子信息在 PET 中的应用终于指日可待。”

       STFC 执行主席马克・汤姆森教授表示：“约克大学的这项开创性研究利用光子量子纠缠来开发尖端技术，能够极大地改善疾病检测，为社会带来益处。通过利用量子纠缠，我们正在迈向更精准、更灵敏的诊断方法，在最大限度减少辐射暴露的同时，改善患者的治疗效果。这项研究凸显了 STFC 致力于支持具有改变医疗保健潜力的开创性研究。”