小型數字PET成像關鍵技術(shù)

項目技術(shù)性簡介：

目前提升PET儀器性能關鍵的瓶頸是PET在設計(jì)上的缺陷——無法數字化。傳統PET采用模拟電路(lù)或者模拟-數字混合電路(lù)進行數據采集和處理(lǐ)，專用的硬件(jiàn)電路(lù)和封閉的系統，導緻技術(shù)和部件(jiàn)的升級換代緩慢(màn)；模數PET在幾何結構上也是固定的，導緻在具體(tǐ)的應用中，存在性能過剩或不足的問(wèn)題，在此系統框架下，如(rú)想提高局部區域性能需求，将導緻整體(tǐ)成本成幾何級數的劇(jù)增。最終導緻了這種儀器在應用上的“貴”、“專”與“測不準”三大(dà)短(duǎn)闆。

項目組取得(de)“三樣創新，四項技術(shù)”。數字化方法創新，創造了高速閃爍脈沖的MVT采樣與處理(lǐ)方法；探測器技術(shù)創新，成功模塊化智能PET探測器；成像儀器創新，完成了開放(fàng)式數字化PET系統。四項關鍵技術(shù)：全數字化PET電子學技術(shù)；模塊化單事(shì)件(jiàn)采集的平闆探測器技術(shù)；自(zì)動化PET系統校(xiào)正技術(shù)；應用适應性圖像重建技術(shù)。由于以上創新和關鍵技術(shù)，使PET系統具有突破的靈活開放(fàng)性設計(jì)，核心指标國(guó)際領先。

圖1 Trans-PET® BioCaliburnTM小型數字PET

四項關鍵技術(shù)：

1、全數字化PET電子學技術(shù)

針對傳統PET系統難以實現閃爍脈沖數字化問(wèn)題，項目組提出新的數字化方法MVT，代替“Shaper+ADC”的傳統模式，克服後者難以數字化高速閃爍脈沖的困難，使得(de)獲得(de)高時間精确度的數字化采樣技術(shù)首次應用于PET。該技術(shù)爲PET設備應用适應性探測器模塊變化和自(zì)動快(kuài)速系統校(xiào)正技術(shù)的實現提供了關鍵核心技術(shù)和必備的條件(jiàn)。

圖2 MVT方法示意圖

2、模塊化單事(shì)件(jiàn)采集的平闆探測器技術(shù)

項目組提出的平闆探測器技術(shù)能夠作(zuò)爲基本探測器模組（簡稱BDM），根據應用需求，組合成不同系統結構。項目組實現的模塊化單事(shì)件(jiàn)采集探測器性能優異，同時，通過“産-學-研-用”合作(zuò)，實現了探測器的工(gōng)程優化和産品化包裝，使得(de)每個BDM具有集成度高、适應性強、擴展性高的特點，爲系統實時可(kě)變結構提供了工(gōng)程技術(shù)基礎。

圖3 基本探測器模組

3、自(zì)動化PET系統校(xiào)正技術(shù)

基于搭建的全數字化數據獲得(de)系統和先進的數據處理(lǐ)算法，項目組首次提出一種基于MVT方法的PET閃爍脈沖的數字化基線校(xiào)正方法，利用閃爍脈沖的先驗知識，結合非線性技術(shù)和函數逼近理(lǐ)論，并運用創新的數字信号處理(lǐ)算法，對由暗電流、脈沖拖尾以及電壓波動等原因造成的基線漂移進行全自(zì)動校(xiào)正，從(cóng)而有效還(hái)原出PET探測器的真實能量分(fēn)辨率，進而提高重建圖像的信噪比和對比度。

圖4開放(fàng)式的Trans-PET全局架構圖

4、應用适應性圖像重建技術(shù)

項目組針對應用适應性PET系統，提出并完成了應用适應性圖像重建軟件(jiàn)平台。該重建技術(shù)能夠針對不同的檢測對象、不同的探測器結構，采用基于點擴散函數的重建方法獲得(de)高空間分(fēn)辨率、高一緻性的PET圖像。基于應用适應性探測器和全數字化電子學提供的高精度時間信息，開發完成了基于時間飛行信息的圖像重建方法，并創新性地利用檢測對象、器官、病竈部位的多模醫學成像的先驗信息，對PET圖像重建進行優化。 

圖5 12個月的阿爾茨海默小鼠和12月的野生(shēng)鼠對比成像

2010年(nián)，本項目組已經完成小型數字系統Trans-PET®BioCaliburnTM系列産品的定型設計(jì)、工(gōng)業型試驗。2012年(nián)，該系統已通過湖北省電子信息産品質量監督檢驗院的電氣安全檢測以及關鍵性能檢,與目前市場上主流的商用小動物PET—Siemens公司的Inveon比較，其核心性能全面優于後者。

表1 本項目Trans-PET與主流小動物PET——Inveon關鍵技術(shù)指标對比