能“看清”质子束的数字PET装置，来了！

“人无我有”的数字PET2.0创新系统研发迎来新进展！

近日，由国家重大科研仪器项目所开发的质子束在生物组织内的能量输运观测装置（以下简称装置）研发成功，该装置先后安装在合肥离子医学中心和武汉协和医院质子医学中心，历经四年设备开发与临床前试验，成功实现了质子束诱导产生的正电子核素的三维动态分布和质子束射程的亚毫米在线监测，有望更清晰地“透视”质子束的打击广度和打击深度，从而更好地实现质子刀对肿瘤的精准治疗。

此次研制成功的质子束观测装置，由质子束诱导产生的次级粒子探测系统和数据处理工作站两大主体构成。

数字PETer、华中科技大学数字PET实验室博士生马秋会介绍，高计数率是该装置最大的技术亮点。

得益于多电压阈值（Multi-Voltage Threshold，MVT）方法的信号源头数字化优势，装置的最大计数率超过了48 Mcps，能够更多地捕获到由质子束诱导产生的正电子湮灭伽马信号。“捉”住了“它”，就等于“捉”住了质子束在组织内“行走”的路径，这也为质子治疗的在束监测提供了先决条件。

2018年，数字PET团队研发出全球首个面向质子治疗监测的双平板数字PET系统。此次研制的质子束观测装置，从2020年1月进入研发，历时4年多，于2024年12月初步完成研发。

相比于第一代原型机，新一代装置实现了全方位的升级革新。在硬件系统上，探测系统的有效探测面积扩展至之前的3.5倍，实现了更高的计数率、更高的灵敏度以及更优的空间分辨率与时间分辨率；

在软件上，面向质子治疗监测信号快速处理的需求，万琳教授带领软件组升级了即插即成像软件平台，该软件平台实现了基于GPU的脉冲重构、事件符合和图像重建等功能，完成了从数据采集到重建出图的“一键成像”。

从2020年执行项目任务以来，数字PETer的工作得到了武汉、合肥两地相关单位的大力支持。其中，武汉协和医院质子医学中心和合肥离子医学中心均投入大量人力物力，为数字PETer协调宝贵的实验场地和实验条件。数字PET团队与协和医院质子医学中心的张盛医生团队、杨志勇物理师团队，合肥离子医学中心的袁双虎医生团队、卢晓明物理师团队等，就质子束监测实验多次进行讨论，并共同制定实验所需的治疗计划。

目前，装置已进行了一系列设备调试和临床前试验，开展了质子束辐射水假体、聚甲基丙烯酸甲酯假体、头模假体、猪肉和动物等实验。

在这些实验中成功实现了质子束诱导产生的正电子核素的三维动态分布和质子束射程的亚毫米在线监测，并探索了质子治疗中的糖代谢变化过程，分析了质子束在生物体内的生物冲刷效应，相关技术的突破有望对质子放射治疗中剂量引导和生物引导、治疗评估和设备质控起到关键作用。

“治癌利器”质子刀是目前国际上先进的癌症治疗利器。据相关数据统计，自1954年第一例质子治疗应用于临床以来，截至2021年底，全球质子治疗患者数量为28万例，占粒子治疗总患者数的86.2%；预计到2025年底，这一数字将进一步增长至35万，反映了质子治疗技术的快速普及和临床认可度提升。