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面向狨猴脑科学研究的高清晰磁兼容PET成像系统

PET/MRI多模态成像技术在重大疾病临床诊断中发挥着巨大的作用,同时也是脑科学和脑疾病研究的利器。近年来,狨猴由于其独特的生理特性和高度类人的复杂脑功能,被公认为脑科学研究理想模型。但是由于其脑尺寸较小,相应的脑功能成像对于科学仪器提出了特殊的要求。本项目的目标是研制一台用于狨猴脑研究的高清晰(1毫米位置分辨率)、高灵敏(10%中心效率)和磁兼容PET成像系统。其中探测器系统将采用基于硅光电倍增管(SiPM)阵列的创新的双端读出深度测量探测器,从而同时实现PET系统的全视野高清晰度和高灵敏度;将研发PET/MRI同时成像所需的PET电子学系统、MRI射频系统、磁屏蔽系统、基于MRI图像的PET图像重建和数据修正软件和PET/MRI图像配准和融合显示软件。本项目研制的高清晰度、高灵敏度和磁兼容的狨猴PET成像仪器将弥补现有小动物PET成像系统的不足,为脑科学和脑疾病研究提供崭新的工具。

高分辨率、高效率和磁兼容的小动物PET成像系统设计图

PET成像系统分解图

双端读出PET探测器模块

高分辨率和高效率PET探测器研究

小动物PET在生物医学研究中发挥着重大价值,但由于其中核心的探测器技术的瓶颈, PET的分辨率和探测效率等核心性能远未达到其物理极限。本课题拟从探测器创新的读出技术入手,研究新型硅光电倍增管(SiPM)阵列双端读出硅酸钇镥(LYSO)晶体阵列来研发深度测量PET探测器,目标是研发同时达到高位置分辨率(晶体大小0.5毫米)、高效率(长度为20毫米)和高深度分辨率(<3毫米)的PET探测器。发展新的行列相加或单独读出技术,结合创新的能量加权与位置加权迭代晶体分辨图算法,降低SiPM阵列噪声的影响来提升探测器的晶体分辨能力。通过比较研究,获得优化的晶体阵列参数、探测器读出方法、晶体分辨图计算算法及PET系统几何设计。使用本项目创新方法的探测器将推动小动物PET成像系统同时达到全视野高空间分辨率和高效率,不仅可提高现有PET应用的定量成像精度,而且有望开创PET成像研究的新领域。

LYSO晶体阵列