本文由论文作者团队撰稿
编者按
近日，浙江大学光电科学与工程学院刘旭与杨旸教授团队成功开发出一种X光与近红外（NIR）光双模成像技术。该技术巧妙地将NIR闪烁体同时用作“X光转换器”和“NIR光源”，仅需一次常规X光的照射，即可同步获取清晰的X光模态（如看清骨骼）和NIR模态（如看清血管）图像。该系统结构简洁，兼容现有成像设备，为医疗诊断和工业无损检测提供了高效实时的双模可视化工具。相关成果以“Single-Shot X-Ray and Near-Infrared (NIR) Dual-Mode Fusion Imaging Based on Bifunctional NIR Scintillators”为题为题在Light: Science & Applications发表研究文章。
一张常见的手掌X光照片能够清晰地呈现出骨骼结构，却不具备血管等软组织的成像信息。X射线的高能强穿透特性赋予了它得天独厚的无损检测能力，使其能够广泛应用于高密度材料（如骨骼、金属）的结构可视化，却也使得低密度材料（如血管）对于它几乎是“透明”的。近红外（NIR）成像作为另一种典型的无损检测方式，依赖于电子能级跃迁而非原子序数和密度，虽无法穿透骨骼等高密度物质，但对低密度材料（如生物组织中的血管）敏感。两种技术在医疗诊断（如骨骼与血管成像）和工业检测（金属缺陷与薄层材料分析）中存在天然互补性。如何高效融合二者的协同成像信息，已成为突破单一技术局限的重要方向。
图1：基于双功能NIR闪烁体的X射线 & NIR双模成像 (a) 概念图；(b) 原理图
单曝光双模实时成像
基于双功能闪烁体策略，仅需单次X射线曝光即可同步采集骨骼（X光模态）与血管（NIR模态）图像信息，无需复杂配准流程，实时获取双模融合图像，提供超越单模态成像的可视化能力。
图2：(a) 对于手掌模型的X射线成像示意图；(b) 传统可见光闪烁体的成像效果；(c) 基于NIR闪烁体的双模融合成像
基于闪烁体颜色编码的X射线-红外信号解耦
通过近红外-可见双波段闪烁体设计，实现融合图像的实时分离解耦，有效避免了不同模态信息的相互混叠，显著提升了多模态图像的解析质量。
图3：(a) 近红外-可见双发射闪烁体实现融合图像解耦示意图；(b) 存在信息混叠的融合图像；(c)解耦出的单独X射线模态图像；(d)解耦出的单独NIR模态图像
总结展望
该研究协同利用了X射线光子和NIR光子的互补优势，为拓宽X射线成像的应用范围、提升其诊断与分析能力提供了新路径。未来工作可聚焦于通过闪烁体光输出和分辨率优化进一步提升图像质量。该技术有望拓展至生物医学诊断、工业材料分析、文物保护等多个领域，并与人工智能增强的光学系统结合，实现可实时解耦的动态多模态融合成像。
论文信息
Ran, P., Yang, L., Hui, J. et al. Single-shot X-ray and near-infrared (NIR) dual-mode fusion imaging based on bifunctional NIR scintillators. Light Sci Appl 14, 315 (2025).
https://doi.org/10.1038/s41377-025-01898-8
论文第一作者为博士生冉鹏，通讯作者为和刘旭教授和杨旸教授，合作团队包括光电学院匡翠方教授、化学系朱海明研究员等。该研究得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等项目支持。
