近日，波兰研究人员在他们的 Jagiellonian-PET (J-PET) 扫描仪上生成了第一个三光子 PET 扫描。
波兰研究人员已经生成了第一个三光子 PET 扫描，这可能有可能提高癌症诊断的特异性，并帮助临床医生确定体内恶性程度，而无需手术活检。PET 技术也称为正电子成像，能够产生称为正电子的正电子-电子束缚态，从而将 PET 扫描的灵敏度提高到可以检测分子水平的组织变化的程度，Jagiellonian 大学物理研究所的研究人员表示，这些信息可能有助于评估早期疾病进展。“我们认为，电子偶素的图像将使健康，癌症和炎症组织之间，它将使我们能够确定肿瘤的恶性程度更好的区别，”埃娃史泰平，该团队在医学研究的负责人说，研究人员说，正电子成像为癌症诊断的新 PET 成像应用开辟了潜力，并有可能测试物质和反物质之间的对称性。与仅基于两个光子产生图像的传统 PET 扫描仪不同，正电子成像通过三个光子的湮灭来工作。这种湮灭过程使扫描高度敏感。
Stępień 和她的同事使用 Jagiellonian-PET (J-PET) 扫描仪开发了该方法，该扫描仪由 192 条塑料闪烁体条组成。该项目的目标是开发一种能够同时扫描患者全身的设备。他们使用由肿瘤样本和从两名患者身上切除的脂肪组织组成的体模生成了三光子 PET 图像。
除了确定不同程度的恶性肿瘤外，该技术还可用于研究代谢和药物分布的动力学。有了它，J-PET 有望引入更精确的诊断方法。正电子成像也有望在新兴的治疗诊断领域发挥作用，该领域专注于开发同时检测和治疗疾病的解决方案。研究人员计划在 JU 治疗诊断中心对其进行更多研究。Jagiellonian PET 是第一台由塑料闪烁体构建的正电子发射断层扫描仪。与无机闪烁体相比，塑料闪烁体相对便宜且易于成型。这将允许准备具有成本效益的设备，从而能够对整个人体进行同步代谢成像。第一个全尺寸 J-PET 原型如下图所示。它还用于研究正电子原子衰变中的离散对称性和源自正电子衰变的光子的多方纠缠。
其是由 P. Moskal 领导的 Jagiellonian PET 合作是一个跨学科的国际团体协作完成的，该团队包括来自 Jagiellonian 大学、国家核研究中心、Maria Curie-的物理学家、化学家、电子工程师、计算机科学家、量子信息物理学家以及生物和医学物理学家。Skłodowska 大学、维也纳大学、弗拉斯卡蒂国家实验室以及 Nowoczesna Elektronika 和 Brain Waves Electronics 公司。
塑料闪烁体在时间分辨率方面优于晶体闪烁体。J-PET 探测器的新颖之处还在于，关于伽马量子相互作用位置的信息仅从时间中提取，而不是从能量沉积测量中提取。在 J-PET 探测器的 192 个模块中，每个模块都有两个光电倍增管安装在闪烁体的两端。使用新开发的专用数字多阈值电子设备在前沿和后沿以四个电压电平对信号进行采样。
J-PET 断层扫描仪新检测层的单个模块是一个独立的检测单元，它通过光链路将有关信号时序的信息发送到数据采集板。它由 13 条 BC-404 塑料闪烁体条组成。每个条带的尺寸为 6x24x50 mm ³，闪烁体包裹在 Vikuiti ESR Pokalon 100B 箔中。此外，S13361-6674 Hamamatsu SiPM（硅光电倍增器）以 1x4 矩阵的形式读出闪烁体条的每一面。SiPMs 输出连接到前置放大器和电源板。电源板允许分别高精度地调整每个 SiPM 的电压，而前置放大器板首先增强信号，然后被动地将它们分成两部分。然后将模拟信号送入 FPGA 芯片的 LVDS 缓冲器，第二电压设置为恒定值。
这种方法的作用是使每个检测器通道在恒定阈值下的时间测量成为可能。模拟到数字的转换在模块的末尾进行，以实现尽可能高的时序性能。然后数字信号由两级数字读出系统处理，该系统可以即时处理部分数据流，并最终将其存储在服务器上。整个探测器由安装在金属框架中的 24 个探测模块构成。每个模块都可以轻松取出进行维护，总重量约为 2 公斤。由于应用了硅光电倍增管矩阵，J-PET 的新层具有比第一个原型更好的时序分辨率。该PET可以广泛应用于生物学研究、培养细胞系的试点研究以及质子治疗的J-PET范围监测的开发等。
PET/CT作为当今医学影像检查最高端的功能成像产品，堪称“现代医学高科技之冠”， 可以对于人体组织的功能、代谢和受体分布等进行显像，具有灵敏、准确、特异及定位精确等特点。据了解美国3亿居民现在拥有5000多台的PET/CT设备，平均每百万人拥有10多台设备，中国作为发展中国家，按照每百万人2台计算，需要2600-3000台PET/CT，市场规模在千亿级别，市场潜力巨大。J-PET可以实现三光子扫描，与目前单光子及两光子扫描来说在成像精度以及时间分辨率更甚一筹，此外其是由塑料闪烁体构建的正电子发射断层扫描仪，与无机闪烁体相比，在设备成本上也占有相对优势。那么面对千亿级的核医学成像市场J-PET会如何定位？
西门子Biograph Vision Quadra在 2020年10 月 22 日至 30 日举行的欧洲核医学协会 (EANM) 虚拟第 33 届年会上，西门子 Healthineers 推出了 Biograph Vision Quadra，除了 3.2 毫米硅光电倍增管 (SiPM) 探测器技术和飞行时间 (ToF) 性能是已建立的 Biograph Vision PET/CT 扫描仪的基石之外，Biograph Vision Quadra 还具有 106 厘米的扩展轴向视野 (FoV) – Biograph Vision 600 的 PET 轴向 FoV 的四倍。SiPM 探测器和扩展轴向 FoV 的组合允许在一个床位中实现更多的解剖覆盖范围，从而能够在低患者辐射剂量下进行快速扫描。GE Discovery MI Gen 2，采用突破性的数字PET技术，最新的诊断CT和先进的定量软件构建而成，旨在加速研究并增强您的临床工作效率。Discovery MI Gen 2是最早的数字化PET/CT的下一代产品。能够实现令人印象深刻的 30 厘米数字检测覆盖范围，可提供 30 cps/kBq 的超高灵敏度。此外，AutoIN 远程地标和手术台定位功能，通过允许从控制台定位患者，有助于减少您的技术人员暴露于辐射。而且与可进行基于深度学习的图像重建的诊断CT配合使用。也采取了SiPM的半导体光电倍增管和飞行时间技术。
飞利浦 Vereos Digital PET/CT飞利浦的最新产品为 Vereos Digital PET/CT，使用了SiPM半导体光电倍增管来直接转换光电信号，实现了晶体全覆盖的1：1匹配，拥有iDose4软件来降低计量以及提高空间分辨率。通过iPatient来优化操作流程。
佳能医疗 Celesteion PUREViSION Edition PET/CT，90 厘米 CT 孔可改善患者体验并更好地访问肿瘤学规划和治疗设备，使用了大小不同的光电倍增管组合用于覆盖4*4毫米的Lu晶体， 19.6厘米的纵向宽度，以及使用飞行时间技。此外还可以改善植入物和相邻软组织的可视化，从而实现更清晰、更自信的诊断。
联影医疗的全身一体化PETCT uEXPLORER探索者，是中国首次创造了世界上的第一台真正意义上的全身PETCT，有194cm的超大纵向视野，30-40倍的超高灵敏度，2.9毫米的分辨率，以及超低辐射剂量和超快速成像。2019年1月，联影宣布其全球首台全景动态成像PET/CT“uExplorer探索者”已获得美国FDA批准。该产品可实现4D实时全身动态扫描，呈现所有器官动态代谢过程。东软医疗系统股份有限公司（以下简称“东软医疗”）是中国大型高端医疗设备的推动者之一。东软医疗目前拥有CT、MRI、DSA、XR、PET/CT、RT、US、IVD、MDaaS九大产品线。东软医疗NeuWise PET/CT苍穹之眼具备超高灵敏度、超清分辨率，其特点包括：采用LYSO晶体；搭载全新一代TOF(Time of Flight，飞行时间)技术；全影息全景成像，可识别受检者在0.42s内的运动变化；可预约式无源质控系统，质控时间仅为传统的1/3；具备多种高阶软件算法，优化了呼吸采集流程中的运动伪影，可替代外置呼吸门控设备。
10月17日，明峰医疗业界综合性能优秀的超高端全数字化PET/CT系统ScintCare PET/CT 750T 隆重对外发布。其采用领先的第四代MF数字化探测器。LYSO晶体与SiPM采用1:1耦合，100%全覆盖设计，极大了提升了系统的探测能力，实现了业界超高系统灵敏度23.5kcps/MBq(NEMA)。拥有超宽的晶体轴向视野，达到403.2mm，达到了短轴PET/CT系统领域的超宽FOV。双床位即可实现体部扫描，全身扫描5分钟即可完成。此外配备了多项AI人工智能技术应用平台，操作更便捷，图像更清晰，量化更精准；以及多项软件、硬件和算法低剂量优化设计，病人吸收剂量更低，扫描更快。赛诺联合医疗科技（北京）有限公司是抱有“实业兴国”梦想的中国科学家和工程师们于2011年创立，依托清华大学，布局医疗产业，总部位于北京的高新科技产业公司。代表产品为Polestar m660是业界首台自由呼吸PET/CT 。PoleStar m660 PET/CT在灵敏度、NECR（噪声等效计数率）和TOF性能等指标上相对不错，临床图像质量优异较优，设备临床使用稳定可靠。PoleStar m660 凭借高性能、高灵敏度的TOF探测系统和独有的智能运动追踪系统，实现了PET/CT技术上的革命性进步：摒弃了传统的呼吸门控装置，可以在受检者自由呼吸的状态下，实现精准影像。
目前全球核医学市场仍是医学影像头部企业占主导，其中美国在PET技术领域的技术创新来源多样化，产业实现来自少数几个头部企业，形成 “GPS超、少强、众融入。巨头占据了很大市场份额，面对未来的发展；三光子扫描J-PET未来走向会如何？
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