多模态小动物分子医学影像装备项目-动物中心.pptx

1、多模态小动物分子医学影像装备项目-动物中心 项目背景及基本项目背景及基本情况情况 项目进展项目进展 工程样机整体设计方案工程样机整体设计方案 工程样机技术创新工程样机技术创新 产业化产业化建设建设 工程样机动物实验工程样机动物实验汇报内容汇报内容Br J Cancer,Johnson JI,et al.May 2001美国国立癌症研究所对2000余种化合物进行筛选，结果表明：在细胞水平56%的化合物有抗肿瘤活性，而在体只有4%由于药物不良反应，超过99%的药物不能通过预临床实验；DNA RNA 蛋白质细胞小鼠组织人体离 体在 体$1B/15years$0.30.5B/35years50%可以通

2、过预临床实验小动物分子影像技术小动物分子影像技术是是新药创制及新药创制及生物医学研究生物医学研究的重要技术手段的重要技术手段小动物医学影像技术的不断创新引领着医疗技术的发展与进步组织组织器官器官看得到Xray看得清CT看得准MRI看得早PET/CT细胞细胞分子分子看看的的全全PET/CT/SPECT/Optical项目建设总体目标项目建设总体目标将CT、PET、SPECT、FMT四种成像模态在同一系统中进行整机集成和同机融合，研制多模态小动物分子医学影像系统的核心关键技术及成套装备，研发相关分子影像采集、处理与数字化管理软件系统，并实现产业化。在此基础上，将该系统应用于重大疾病新药研制及肿瘤靶

3、向分子探针研究，打破国外技术垄断，为国家新药创制及生物医学研究提供技术支撑。四模态四模态PET/CT/SPECT/Optical 项目基本情况项目基本情况 项目进展项目进展 工程样机整体设计方案工程样机整体设计方案 工程样机技术创新工程样机技术创新 产业化产业化建设建设 工程样机动物实验工程样机动物实验汇报内容汇报内容（2014年）已研制完成的多模态分子医学影像系统原理样机自主研发SPECT/CT初步融合结果小鼠透射式成像结果82014年6月，小动物四模态设备在本领域顶级杂志JNM上发表利用PET/SPECT/CT/FMT四模态成像系统利用多种分子探针成功区分了不同部位的肿瘤与炎症。四模态分子

4、影像原理样机实验结果融合图像CT PET SPECT 融合图像荧光白光图 项目基本情况项目基本情况 项目进展项目进展 工程样机整体设计方案工程样机整体设计方案 工程样机技术创新工程样机技术创新 产业化产业化建设建设 工程样机动物工程样机动物实验实验汇报内容汇报内容工程样机的产业化质量监管体工程样机的产业化质量监管体系系 建立严格的质量管理体系 设计之初就严格按照公司质量管理要求，保证产品质量 研发过程中对仪器测试、软件开发等技术文档进行标准化管理小动物四模态系统架构图小动物四模态系统架构图CT/PET/SPECT/FMT 机架，探头图像数据采集&预处理PETFMTSPECT/CT四模态四模态工

5、程样机产品外观设计工程样机产品外观设计PETFMTSPECT/CT四模态四模态工程样机机械设计工程样机机械设计*工程样机电控总体设计方案工程样机电控总体设计方案p 多路运动系统独立并行控制,提高运动系统的鲁棒性。p 通过高精度光栅尺信号，实现闭环功能，提高控制精度。p 紧急停止。按下急停后，运动控制系统呈现抱死状态，忽略任何控制命令.保证使用的安全性。p Gantry能够进行连续运转和步进运转。*工程样机采集总体设计方案工程样机采集总体设计方案 CT，FMT与SPECT共用一个旋转GANTRY，CT探测器有一个平动自由度，以改变放大倍数，SPECT两个探头face to face 放置，TAB

6、LE有一个平台，PET没有运动部件。p锥束CTn连续，步进两种采集模式n可变放大倍数、快速采集（Zoom Factor：1.53）n camera link 数据传输协议，实现680MBps的快速数据传输n 预采集功能，实现采集区域的精确定位pPETn高速AD转换n高集成度的前端读出电路n高速的全双工光纤通信 n最先进的SiPM+LYSO晶体打造全数字PETpSPECTn平行孔准直器设计减少了采集的时间n两个探头独立采集,保证了系统的稳定性n位置灵敏光电倍增管（PSPMT）探测器pFMTn15分钟完成数据采集及重建n高灵敏度检测皮摩尔(pmol)荧光物质CTPETFMTSPECT四模态小动物分

7、子影像设备四模态小动物分子影像设备工程工程样机样机主要技术主要技术参数参数有效扫描范围：有效扫描范围：68mm空间分辨率：空间分辨率：70 m密度分辨率：密度分辨率：10影像大小：影像大小：10241024扫描时间扫描时间/每层：每层：2.25秒秒扫描架转速：扫描架转速：60秒秒/转转采样时间采样时间/每度：每度：100ms重建时间：重建时间：0.5秒秒/层层CT 技术指标：技术指标：PET 技术指标：技术指标：SPECT 技术指标：技术指标：FMT 技术指标：技术指标：横横向向视野：视野：60 mm轴向视野：轴向视野：32 mm灵敏度：灵敏度：0.76%cps/Bq图像分辨率：图像分辨率：2

8、.0 mm时间分辨率：时间分辨率：10 ns探测器环数探测器环数16环环扫描时间：扫描时间：4 10分钟分钟（每床位）（每床位）重建重建时间：时间：0.1秒秒/层层横横向向视野：视野：40 mm轴向视野：轴向视野：80mm固有能量分辨率：固有能量分辨率：12%固有非均匀性：固有非均匀性：2%以内以内系统空间分辨率：系统空间分辨率：2.5mm影像大小：影像大小：128128采样角度：采样角度：360探头旋转速度：探头旋转速度：6度度/分钟分钟图像重建时间：图像重建时间：0.1秒秒/层层CCD像素：像素：600万像素万像素成像区域：成像区域：2cm2cm至至20cm20cm图像灰度：图像灰度：16

9、bit空间分辨率：空间分辨率：2mm成像深度：成像深度：2 cm激光波长激光波长:440nm至至830nm曝光方式：曝光方式：标准标准方式，方式，累进累进式，延时式，延时重建重建时间：时间：小于小于15分钟分钟 项目基本情况项目基本情况 项目进展项目进展 工程样机整体设计方案工程样机整体设计方案 工程样机技术创新工程样机技术创新 产业化产业化建设建设 工程样机动物实验工程样机动物实验汇报内容汇报内容PET工程样机的研制与优化工程样机的研制与优化p PET成像系统机械设计成像系统机械设计1mm正面正面反面反面PET工程样机的研制与优化工程样机的研制与优化pPET成像系统数据传输成像系统数据传输n

10、LYSOLYSO晶体晶体(2(2*2 2*15mm15mm）n超高分辨率（超高分辨率（3535微米微米 -单元尺寸）单元尺寸）SIPM SIPM（Sensl-10035)Sensl-10035)n全数字化采集，光纤通讯传输全数字化采集，光纤通讯传输nOS-EM快速迭代重建快速迭代重建封装封装SiPM SiPM 耦合耦合LYSOLYSO5mm4mm3mm1mm2mm数字化（数字化（ADCADC）前端电子学采前端电子学采集电路板集电路板符合电路板符合电路板光纤信号传输通讯板光纤信号传输通讯板010020030040050060005001000150020002500energy channelc

11、nts010020030040050060005001000150020002500300035004000energy channelcntsPET工程样机的研制与优化工程样机的研制与优化性能测试性能测试n能量分辨率：13.2%14.2%n时间分辨率：5nsPET工程样机的研制与优化工程样机的研制与优化性能测试性能测试n空间分辨率（FWHM）：=450度度23*23FMT工程样机CT工程样机的研制与优化工程样机的研制与优化p Trigger控制模式：控制模式：n 射线源、探测器的工作由机械运动进行触发.该模式下，机械运动运动到位后，通过硬件实时触发探测器与射线源，探测器与射线源按预设的时序工

12、作，并上传采集到的图像至PC全数字化采集p 软件控制模式：软件控制模式：n 机械运动、射线源、探测器全部由PC上的软件进行控制。该模式下，机械运动运动到位后，通知软件，软件依照一定的时序启动放射源与探测器进行数据采集p 光栅尺闭环运动控制光栅尺闭环运动控制24*24FMT工程样机CT工程样机的研制与优化工程样机的研制与优化数据预处理Data preprocessing生产者/producer消费者/consumerCPUGPU投影原始数据重建图像数据Raw dataImage data图像重建Image reconstructionp 高度并行的高度并行的FDK重建算法：重建算法：n 通过运算

13、加速，以生产者消费者模式进行数据处理，极大提高了重建速度，重建矩阵只需要秒。p 高精度的几何校正算法设计：高精度的几何校正算法设计：n 通过多点轨迹匹配原理，利用模拟退火算法精确求解系统的几何参数，提高图像重建质量，分辨率可达。SPECT工程样机的工程样机的研制与优化研制与优化基于基于(CT)旋转机架的旋转机架的SPECT成像系统机械设计成像系统机械设计 CT/SPECT同机融合，在硬件上保证了图像配准精度 FOV：40mm80mm双探头设计CT/SPECT同机（架）旋转融合SPECT工程样机的工程样机的研制与优化研制与优化 基于基于(CT)旋转机架的旋转机架的SPECT成像系统成像系统 设计

14、研发LYSO+PsPMT双探头探测模块 设计研发SPECT电子学系统 改良探测器耦合工艺 OS-EM、FBP重建算法SPECTSPECT电子学系统设计框图电子学系统设计框图SPECT工程样机的工程样机的研制与优化研制与优化SPECT图像矫正图像矫正：消除：消除PSPMT中的图像畸变中的图像畸变 双探头一致性矫正 均匀性矫正 线性矫正完成完成SPECT性能性能测试测试*空间分辨率（FWHM）：2.5mm 固有能量分辨率：14%固有非均匀性：2%FOV：40mm80mm矫正前矫正后*基于中华人民共和国国家标准 GBT 20013.2-2005 核医学仪器 例行试验闪烁照相机和单光子发射计算机断层成

15、像装置均匀性矫正分水岭法重心计算分水岭法重心计算28n 模块化设计，各模块相互独立；n 可旋转式滤波片论实现了但光源、多波段成像；一种立式旋转荧光分子层析成像系统-201410232096.4 Ding Y,Zhai X,et al.PIBM 2014.FMT工程样机的研制与优化工程样机的研制与优化FMT机械设计方案（三视图）机械设计方案（三视图）FMT实物图实物图光源光源CMOS探测器探测器29FMT工程样机n 通过自主知识产权的光切换开关，可满足反射式、透射式多种成像需求；n 结合CT扫描数据和蒙特卡洛模拟，精确进行断层重建一种立式旋转荧光分子层析成像系统-201410232096.4 D

16、ing Y,Zhai X,et al.PIBM 2014.系统结构图系统结构图时序列图时序列图FMT工程样机的研制与优化工程样机的研制与优化30FMT工程样机的研制与优化工程样机的研制与优化n 线性度:单一角度下，不同浓度（0.5,1,2,5,10M）的吲哚青绿（ICG）系统响应呈线性，决定系数R2=0.9997.n 灵敏度：在外径30mm，1%脂肪乳悬浊液的仿体中，吲哚青绿的系统检测限为122 fMol物质的量，浓度25nM。n 分辨率：中心距为5mm的两根10M吲哚青绿荧光管（各含约3mm高荧光液），竖直插入外径30mm，1%脂肪乳悬浊液的仿体中。“a1为荧光平面图，a2为相应的激发光图，

17、a3为相应的白光轮廓图。”FMT性能测试：性能测试：项目基本情况项目基本情况 项目进展项目进展 工程样机整体设计方案工程样机整体设计方案 工程样机技术创新工程样机技术创新 产业化产业化建设建设 工程样机动物工程样机动物实验实验汇报内容汇报内容小小动物四模态动物四模态中中试生产线建设试生产线建设目前已完成工程样机的机架安装、调目前已完成工程样机的机架安装、调试工作，正在进行四模态整机测试试工作，正在进行四模态整机测试小小动物四模态动物四模态中中试生产线建设试生产线建设目前已完成目前已完成5 5台工程样机的机架安装、调试工作，逐步形成了多台工程样机的机架安装、调试工作，逐步形成了多模态分子影像设备

18、的规模化（模态分子影像设备的规模化（1010台台/年）生产能力年）生产能力 项目基本情况项目基本情况 项目进展项目进展 工程样机整体设计方案工程样机整体设计方案 工程样机技术创新工程样机技术创新 产业化建设产业化建设 工程样机动物实验工程样机动物实验汇报内容汇报内容工程样机动物实验工程样机动物实验-CT-CT工程样机动物实验工程样机动物实验-PET-PET小鼠 皮下肿瘤FDG注射800uCi 左右工程样机动物实验工程样机动物实验-PET-PET/CTCT工程样机动物实验工程样机动物实验-CT/FMT-CT/FMT总总 结：结：仪器开发组已成功设计、研发了CT、PET、SPECT、FMT四模态工

19、程样机 项目组正在开展该四模态分子影像设备在生物医学研究的创新应用 项目组正在与方正、锐视康公司合作，完成了中试生产线的建设，初步具有了（50台/年）的规模化生产能力SPECT 资料资料SATIS(Small Animal Tomographic Imaging System)SATIS(Small Animal Tomographic Imaging System)is a dedicated SPECT scanner for in-vivo preclinical molecular imaging.SATIS provides high sensitivity,high spatial

20、 resolution 2D and 3D functional imaging of small animals for research applicationsSPECT 资料资料SATIS(Small Animal Tomographic Imaging System)SPECT 资料资料SATIS(Small Animal Tomographic Imaging System)New device based on the super spatial resolution(SSR)methodSPECT 资料资料SATIS(Small Animal Tomographic Imaging System)New device based on the super spatial resolution(SSR)method