時間分辨率突破200皮秒
聯影醫療發布新一代正電子發射計算機斷層顯像
時間分辨率突破200皮秒(創新故事)
本報記者 喻思南 《 人民日報 》( 2023年04月17日 第 19 版)
前不久,聯影醫療發布了新一代PET—CT(正電子發射計算機斷層顯像),首次將分子影像設備時間分辨率提升到200皮秒以內。
這一突破,源于7年前的一個大膽設想。
“我們相信,PET—CT的飛行時間精度還能夠優化。”在一次定期匯報中,王超和安少輝提出:進一步提升PET—CT性能,突破口就在這里。
王超和安少輝當時是聯影醫療分子影像事業部的核心研發人員。那一年,憑借核心器件的數字化創新,聯影醫療PET—CT技術進入國際前列。為持續引領行業前沿發展,公司計劃預研新一代產品。
同一信號發射的兩個光子到達探測器的間隔,便是時間分辨率。用PET—CT診斷,時間分辨率越高,即探測飛行時間越精準,意味著對病灶的識別就越準確,圖像的信噪比也越高。因此,時間分辨率被視作衡量PET—CT性能的黃金標準。
時間分辨率按皮秒計算,1皮秒為1萬億分之一秒。2016年,同類產品還處于300—400皮秒量級。專家測算,再往上每提高1皮秒,研發難度將幾何級增加。小于200皮秒,這是產品性能跨越的關鍵指標。
“想做行業引領者,就要冒點風險。”聯影醫療管理層非常支持研發人員的設想,“200皮秒這道關口,我們一定要跨過去。”
梳理思路,科研人員找到了主攻方向:研發專用芯片高效處理信號,打造高性能、小型化的探測器。
這類專業芯片的研制,雖然論文上寫得很清楚,也有其他精密測量儀器的應用案例,但如何在PET—CT上實現工程化,還沒有先例可循。
“研發芯片不是我們的專長,外部支持團隊聽到這么嚴苛的指標后,都退避三舍。”王超回憶,“時間不等人,我們只能自己干!”
安少輝告訴記者,影響芯片性能的因素很多,盡管團隊精益求精,但第一版的結果與設計指標相比差距很大。
整整3個月,聯影醫療分子影像團隊聯合聯影微電子團隊一一測試所有參數,分析可能出問題的環節。在此基礎上,他們制定了第二版方案。這一次,結果與設計指標越來越接近,但對照時間分辨率突破200皮秒的目標仍有距離……
經過多次改進,科研人員拿出了第三版方案。“盡管仿真顯示我們設計的芯片沒問題,可最后一版方案送出去時,我心里依舊沒有底。”安少輝坦言。
測試結果顯示,在自研芯片驅動下,新一代數字化探測器時間分辨率首次突破200皮秒,達到190皮秒量級。
“PET—CT的性能跨越,不是靠某單一性能指標的提升。”王超說,他負責設備研發總體工作,6年多來,除時間分辨率外,聯影醫療和生態合作伙伴協同發力,還在空間分辨率、靈敏度和軸向視野等方面取得了一系列突破。
“算法對PET—CT非常重要。”聯影醫療分子影像事業部董筠博士說,“高效算清、算準海量數據,背后的難度不亞于硬件上的創新。經過摸索,我們開發了一種新算法。”
新技術應用進入全產品線,需要平臺化的支撐。以技術平臺化滿足用戶多樣化需求,是科研人員的另一項創新。聯影醫療分子影像事業部劉士濤博士說,由于探測器實現了小型模塊化設計,科研人員能夠像搭積木一樣,根據用戶的臨床和科研需求,動態調整PET—CT的軸向視野。
“高端醫療器械研制,我們要有信心當引領者。”如今,王超成長為聯影醫療分子影像事業部總裁,“10多年前我們啟動開發PET—CT時,很少人相信能做成;7年前,我們提出時間分辨率突破200皮秒目標時,大家也不看好。現在,我們都做到了。”
“創新永無止境。”已擔任聯影醫療分子影像事業部副總裁的安少輝,正在思考如何繼續提升PET—CT性能,“下一次革新,我們還要努力走在前面。”
(責任編輯:歐云海)