全数字 PET 探测技术—— 开启全数字分子影像时代

诞生于上世纪七十年代的 PET（正电子发射型计算机断层显像）是继超声、CT 和核磁共振之后现代医学影像技术的又一历史性的革新， 目前已成为临床早期诊断和指导肿瘤治疗的最佳手段之一。

但因超高速闪烁脉冲信号难以数字化的技术瓶颈，PET 全数字化成为了难以突破的难题。而在 2014 年，应用全数字 PET 探测技术的 Vereos PET/CT 的问世终于将 PET/CT 乃至分子影像设备带入了数字化分子影像时代。

革命性的全新数字探测技术核心 – DPC 技术

传统 PET/CT 探测单元组成的重要部分之一是光电倍增管（Photo Multiplier Tube，简称 PMT），主要作用是将可见光信号转化并放大为电信号，对图像质量及性能有着明显的影响。它的工作原理如下图所示，当光子射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子，光电子按聚焦极电场进入倍增系统，进行倍增放大，然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。

但是传统的光电倍增管因为需要大量的放大来产生电信号，所以产生的是噪音大的模拟信号。当光子被探测到，会产生一个电脉冲穿过几个放大阳极，当信号放大后，电子噪音也被放大了，这样就导致了嘈杂的放大信号。

经过多年研发，专利数字光子计数技术（Digital Photon Counting，简称 DPC）取代传统的光电倍增管，显著提高了 PET 的性能。 在 DPC 技术中，每个探测器光传感器包含具有探测单个光子能力的微蜂窝，每个光传感器直接将单个光子信号转化为电信号输出。因为探测器利用硅光电倍增技术，不需要传统光电倍增管放大信号的环节，没有数模转换，电信号输出几乎没有噪音。

另外，由于传统晶体与光电倍增管组合的模拟探测器分布在多个晶体，从闪烁事件中产生的光子信号必须在多个模拟探测器中传播和共享，无法准确定位湮灭发生的位置，因此减少了信息收集的准确性。而全新的 DPC 技术通过 1：1 连接，将每一块晶体块与一个探测器直接相连，更准确的识别每一个信号，实现高效探测。

下图比较了传统 PET 模拟探测器结构（左侧）和 DPC 技术（右侧）。每一块的网格代表了晶体按照 4x4 方式阵列。

DPC 技术的优势：

• 闪烁光直接转换成数字信号，零模拟噪声。

• 减少了在灵敏度增益和分辨率增益之间的传统权衡。

• 更高的灵敏度，高达 22.0 kcps/MBq，正电子药物的注射剂量仅为传统 PET 的 1/3，扫描速度是传统 PET 的 2 倍；

• 更快的 TOF 时间分辨率，高达 325ps，定位精度达到 5 cm，比传统 PET 提高了一倍，大幅提高图像质量，增加诊断信心；

• 更快的后处理和更便捷的工作流程；

• 更大的检查流通量和工作效率。

整合先进的第四代飞行时间技术，令全数字探测如虎添翼

PET 进入医疗领域已将近 20 年的历史了，在这 20 年的发展历程中，其对肿瘤疾病、心血管疾病以及神经系统疾病的诊断，已成为无可争议的优势检查项目，也越来越受到临床、患者以及社会的关注。而飞行时间技术（Time of Flight, TOF）的提出，无疑是为 PET 的优势锦上添花。

以下，就让我们在解析 TOF 技术 PET/CT 的发展之路上，洞察将 TOF 技术创新性地引入 PET 领域并且发扬光大的飞利浦全数字探测技术的核心价值。

在 PET 的发展过程中， PET 的技术也在不断地前进。从 80 年代的 2D 技术到 90 年代末的 3D 技术，设备性能不断提高，临床应用范围日益扩大。由于医疗技术的进步，肿瘤诊断与分期等需求进一步的增加， 3D 技术已经不能够满足目前医疗的发展。 2000 年底， TOF 技术逐渐应用于临床，目前的 PET/CT 的主流技术主要集中在 TOF 技术。

自 1966 年 TOF 理论提出，直至 2006 年，飞利浦推出了世界上第一台商业化 TOF 技术的 PET，立即引发国际轰动。衡量 TOF 技术能力高低的一个重要指标是时间分辨率， 如公式：∆ x = ∆ t*C/2，式中， ∆ x 是位置误差，即定位精度； ∆ t 是时间误差，即时间分辨率；定位精度与时间分辨率成正比例关系。由公式可见，时间分辨率越小，定位精度越高， TOF 能力越强，信噪比提升越大，临床图像质量以及临床病灶探测能力越强。

目前飞利浦公司是唯一拥有最先进的第四代 TOF 技术的公司，时间分辨率达到 325ps 水平。

TOF 技术通过测量传统探头所探测的符合线上两个 r 光子飞行到达探测器的时间差，精确定位发生湮没时正电子的位置，极大地降低周围噪声水平，增加信噪比，从本质上提高 PET 的图像质量，因此 TOF 技术才是真正意义上的正电子成像技术。

如同 64 排宽体探测器 CT 相对于 16 排 CT 给业界中带来的轰动一样，第四代 325ps TOF 技术可以使 PET 在检查患者时，所用检查时间更短。更为重要的是，第四代 325ps TOF 技术可以使 PET 的图像质量得到巨大的提升，大幅度提高病灶的检测能力。

下图是各项 PET 技术 NECR（计数丢失和随机符合测量）的比较，全数字探测技术的 NECR 远远高于传统技术，使 PET 性能全面大幅提高。

通过采用第四代 325ps 飞行时间技术， PET 实现了临床和科研的高端要求：更精确的定量和定性诊断——纠正了传统技术 PET 中大量的误诊和漏诊；更低的注射剂量——为医院节省药物费用，极大的降低后期运行成本；更快的扫描速度——提高机器使用效率，提高医院经济效益；对放疗业务的全面兼容——提升医院在肿瘤方面的综合实力；根本性提高的图像质量——满足医院诊断水平的更大的提高。

PET/CT —— Vereos PET/CT 临床图像展示

超低剂量 3.5mCi 图像

超快速扫描：30s/bed

高分辨脑显像对比

3D 融合图像

全数字 PET 探测技术－Vereos PET/CT，凭借着超低的辐射剂量、超快的扫描速度、超高的分辨率及 3D 融合影像，展示出传统 PET 前所未有的新特性，重新定义了高端 PET/CT 产品的衡量标准，将为 PET 的发展及应用带来巨大变革。