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数字PET实验室

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Digital PET Imaging Lab

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当前位置: 首页 / Data — Image

Data - Image

通过多电压阈值法(MVT)将闪烁脉冲精准数字化之后,在软件上实现一对由湮灭事件产生的γ光子的符合判断,并排列得到投影数据,再通过图像重建能将投影数据转换为图像。


由于在探测模块实现了原始信号的精确数字化,全数字PET系统可精确提取单事件的能量、位置和时间信息,并由符合系统利用能量窗甄别、位置排除和时间窗剔选进行符合判断,获得符合事件,得到投影数据(P=H · f)。通常,在一个时间窗内,有两个能量均在能量窗范围的脉冲,并且捕获两个脉冲的探测器上的晶体条的连线穿过成像视野(Field of View,简称为FOV),则这两个脉冲被记为是一次符合事件。符合事件包括三种类型:真符合事件、随机符合事件和散射符合事件。下图中a为散射符合事件 、b为随机符合事件、c为真符合事件。一段时间的扫描之后,探测器检测到来自于各个方向的大量的事件,经过符合筛选后,被PET数据获取系统采集并记录下来。

图像重建是需要做一系列数据处理,将PET探测器采集到的各个单光子事件的时间和能量信息转换成给医生看的图像。这一系列处理的好坏,将直接影响最终重建图像的质量,进而影响医生对病人诊断的准确性,这是PET成像中至关重要的一步。PET图像重建需要全盘考虑PET成像过程中的种种物理因素,进而建立适当的数学模型对系统响应进行建模。而在重建算法中,要考虑由于数据噪声对重建结果带来的影响。

全数字PET相比于模数混用PET,有全部的、精确的脉冲原始信号,这带来了高质量的数据基础。而且所有的处理能通过软件完成具有很高的灵便性。凭借着全数字PET在数据处理上的灵便性,可以充分利用PET所探测到的信息,进而为PET的定量重建提供了可能。

在得到重建图像后的图像处理方面的工作如下:

1、研究基于云服务的医学图像处理系统架构,实现Rayplus医学图像处理云服务平台(网址:www.rayplus.top)。该平台将医学图像处理算法“云端化”,利用集中化的、在云端的服务器,使用者可以直接通过电脑或者移动设备浏览器完成其处理操作,而不需要架构工作站或者安装处理软件,极大地降低了成本,提高了效率,也使得医学图像的处理不再受到时间、地点的限制,为实现远程医疗、移动医疗、数字医疗提供了强有力的工具。  

rayplus医学图像处理系统可视化及处理界面

2、在此基础上,我们继续研究一个云服务医学影像软件平台的系统架构,旨在实现一个包容的、开放性的医学影像软件平台,在临床中获得更广阔的应用场景。目前,我们通过模块化的系统数据与通讯设计,给出简洁的算法接入接口及软件工具开发包,为算法开发者提供了极简化的算法云端化的方法及系统,使得算法开发者能够快速地将本地版软件云端化。接下来,我们希望继续研究更具扩展性、稳定性及安全性的快速云端化方法及系统架构,分析众多的算法以及复杂的数据,抽象数据表达及处理方法,以便能够在统一的框架下进行高效、精确的处理。

3、在医学图像处理算法开发方面,我们结合具体的临床应用场景,特别是PET成像的应用,开发在本系统框架下的新的医学图像处理算法或者其他应用平台,进一步地完善和丰富Rayplus云服务医学影像软件平台。           

结合具体临床应用场景开发的肝脏手术规划系统

动物全数字PET

动物PET在肿瘤、神经、心脏系统等重大疾病的机理研究、诊疗方法研发与药物开发过程中具有不可替代的价值,然而其极大的应用潜力仍受到仪器性能的束缚而未能解放。由数字PET团队2010年自主研发生产的全球首台动物全数字PET, 首次实现了与内秉空间分辨率一致的实际空间分辨率,以“全数字”和“精确采样”为两大特性,一扫模数PET及半数字PET“测不准”、使用难”、“应用窄”三大短板,使得PET系统设计跳出了固定封闭的窠臼而获得了更广阔的想象空间(图1)。

作为面向生物基础研究的科学仪器,动物全数字PET迄今产品已经经过了4次迭代(图2),与包括美国芝加哥大学(The University of Chicago)、美国加州大学欧文分校(University of California, Irvine)、美国威斯康辛大学麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison)、芬兰图尔库国家PET中心(Turku PET Centre)、意大利地中海神经研究所(Mediterranean Neurological Institute)、欧洲核子中心(European Organization for Nuclear Research)、俄罗斯国立原子研究大学(National Research Nuclear University)等在内的国内外知名高等学校、科研院所、教学科研型医院在脑疾病、肿瘤、心血管、代谢等领域的疾病研究及新药开发开展应用合作,大量研究成果已在行业内权威学术期刊发表(图3)。



图1、全数字PET技术

                   

图2:动物全数字PET


图3:多项基于动物全数字PET仪器支撑的研究成果发表于权威期刊

临床全数字PET

2015年,数字PET团队完成全球首台临床全数字PET(图1),作为临床诊断中最重要的医学分子影像设备,临床全数字PET以2.0mm的空间分辨率、350ps的时间分辨率和1.50%以上的灵敏度,全面领先国际同行的同类设备,可在更短的扫描时间内检测到更小的病灶尺寸。

2018年1月临床全数字PET/CT通过国家创新医疗器械特别审批,7月在中山大学附属第一医院和附属肿瘤医院完成临床实验入组扫描(图2、图3)。2019年5月31日,临床全数字PET/CT获批中国医疗器械注册证(图4)。

该设备正式获得市场准入许可,表明在技术层面,数字PET这条全新技术路线全线贯通;在设备层面,可能在高端医疗器械领域形成一个标杆应用;在产业层面,有望带动稀土闪烁晶体材料、新型光电器件、智能化软件等产业链的发展。

以全数字PET为核心,团队已经申请、公开、授权专利400余件,其中发明专利占比超过70%,覆盖中国、美国、日本、欧盟、非洲等国家或地区,初步完成了相关知识产权的全球横向布局;研究方向覆盖从关键材料、核心器件、到系统集成、应用研究的整个创新链,初步完成了相关产业链的纵向布局。

图1:全球首台临床全数字PET

图2:2018年7月临床全数字PET/CT临床试验入组扫描完成

图3:临床全数字PET/CT人体扫描图像:18F-FDG的高分辨率脑成像

图4:临床全数字PET/CT获批中国医疗器械注册证



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数字PET实验室致力于正电子发射断层成像(PET,Positron Emission Tomography)的科学研究与应用示范,是全数字PET的发源地,亦是全球PET研究领域领跑者之一。通过发明的多电压阈值采样法(MVT),解决了高速脉冲精确数字化的难题,系统性地发展了全数字、模块化的PET探测器技术,建立起完整的全数字PET技术体系。先后研发了全球首台动物全数字PET科学仪器和全球首台临床全数字PET医疗装备,并拥有全套自主知识产权。以全数字PE.…进一步了解

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