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全數字PET技術
【痛點問題】
正電子發射斷層成像（PET Positron Emission Tomography）是當前最尖端的醫學分子影像設備之一，可無創、定量、動態地評估活體功能活動，在腫瘤、神經、心血管相關重大疾病的研究和診療方面具有獨特優勢。然而，受超高速閃爍脈沖信號采樣問題的限制，傳統PET的技術原理40年來并無突破，長期存在“測不準、使用難、應用窄”三大短板，使得PET的巨大潛力受性能所限始終未能充分發揮。
【成果介紹】
針對以上問題，華中科技大學謝慶國教授帶領團隊于2004年在國際上首次提出“全數字PET”的概念，創新性地以“多電壓閾值采樣”（MVT）實現了PET超高速閃爍脈沖的精確數字化，通過二十余年積累，建立了系統、完整的數字PET技術體系，開創了全數字PET這一重要國際新方向。
數字PET技術以“全數字”和“精確采樣”為兩個本質特點：傳統PET必須加入模擬預處理電路改變信號以間接獲取脈沖信息，事倍功半；而全數字PET在取消了模擬電路，也即實現了全數字信號處理的同時實現了信號的源頭精確數字化，達到高精度信號還原，事半而功倍。這兩大特性又將帶來“性能優異、使用便利、制造快捷” 等革命性的優勢。
團隊先后完成了全球首臺動物全數字PET、首臺臨床全數字PET、首個標準CMOS硅光電倍增器、首臺腦部專用全數字PET，擁有全套自主知識產權。
以全數字PET科學儀器和醫療器械為主線，團隊聚焦于關鍵材料、核心元器件、數字PET探測器、成像方法以及在腫瘤診療和腦科學腦疾病中應用等五個方面的科學發現與技術發明，研究方向覆蓋從關鍵材料、核心器件、到系統集成、應用研究的整個創新鏈。形成了覆蓋8個國家和地區的完整知識產權布局，在全數字PET領域專利數量全球第一。
“全數字PET標準和規范項目”以多電壓閾值采樣法為標志性數字化技術，即將在2023年正式執行，這意味著數字PET技術已經形成了對該方向的引領。該項目填補了全數字PET相關行業標準的空白，解決了此前市場上因產品定義無序、技術路線混亂，限制了全數字PET技術發展的瓶頸問題，明確了全數字PET技術發展與市場導向，不僅有助于促進PET市場的健康有序發展，還將在未來推動PET成像方法、系統架構、臨床應用等領域出現一系列變革，實現具有更高性能、特定功能的產品研制，形成全新的市場，進一步提升中國在高端醫療器械技術創新領域話語權。
圖1 第一代臨床全數字PET/CT(型號DPET100)
在鄂州市中心醫院穩定運行兩年多
圖2 第二代臨床全數字PET/CT（型號DigitMI930）
獲準進入市場
單床位成像速度全球第一
第一代臨床全數字PET(型號DPET100)于2018年獲國家創新醫療器械特別審批、2019年獲市場準入，于2020年在鄂州市中心醫院實現銷售裝機，穩定運行至今，服務上千名患者；第二代設備（型號DigitMI930）于2022年獲得市場準入，以每床位20 秒的掃描時間實現成像，成像速度為當前全球第一，該設備與多家醫院達成了銷售意向。通過不斷的迭代優化，讓全數字PET技術服務大眾，并且持續保持全數字PET技術的先進性。
可量產。
市場當前已局部應用，潛在市場規模在100億以上。
1. 醫學影像方面，團隊相繼成功研發全球首臺動物全數字PET和臨床全數字PET，并實現相關設備的迭代更新，將PET從模數混合時代帶入高清、精準定量的數字時代，能更快更靈敏地發現腫瘤等疾病病灶。團隊前期工作以完成“人有我優”的數字PET 1.0研發，證明了創新技術路線的可行性和優勢。未來工作擬開展以“人無我有”的數字PET 2.0創新應用示范和創新系統研發，其中以腦PET、頭盔式PET、質子PET等為標志，實現“能傳統PET所不能”的突破。
2. 輻射探測方面，數字PET還被廣泛應用于核輻射探測、安檢、石油勘探的測井儀、植物研究等多個領域。其中，在石油測井方面，團隊與國內石油勘測巨頭合作，研發了以MVT方法為核心的測井設備，目前已在山西、南海等地進行了測井作業；在安檢CT領域，合作開發的安檢CT能夠實現物質識別，對劇毒物品、麻醉劑等違禁品的檢測具有重要意義，目前已投入試點使用。
3. 科學前沿應用探索方面，數字PET還可以用于宇宙元事例分布式觀測；基于MVT方法構建的云平臺更開放、更靈活，將能適應大科學裝置等復雜的應用場景；團隊還專注于下一代超精細三維編碼、高密度讀出PET探測器的研發, 為算法開發者提供更好的基礎設施。
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