宇稱電子與醫(yī)療影像廠商聯(lián)合研發(fā)PET/CT分子影像診斷信號處理專用ASIC NeuXF1

宇稱電子與醫(yī)療影像廠商聯(lián)合研發(fā)的PET/CT分子影像診斷信號處理專用ASIC NeuXF1，歷時(shí)2年多精心打造，完全基于國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈配套，具有高集成度和多通道等特點(diǎn)，達(dá)到國際領(lǐng)先的水平，突破高端影像設(shè)備“卡脖子”技術(shù)。

國芯國造 彎道超車

宇稱電子與醫(yī)療影像設(shè)備廠商一起，針對高端PET/CT的臨床需求，通過攻克模擬和數(shù)字混合片上系統(tǒng)System on Chip (SoC)設(shè)計(jì)與SiPM傳感器設(shè)計(jì)，突破芯片研發(fā)瓶頸，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)自主核心技術(shù)，主要性能和技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

單光子探測器SiPM作為一種通用光電傳感元器件在醫(yī)療分子成像、癌癥診斷、汽車自動駕駛等領(lǐng)域有著非常廣泛的用途。該探測器所需信號處理集成電?路有非常特殊的性能要求，其作為特殊的工業(yè)用集成電路芯片要求遠(yuǎn)高于普通消費(fèi)類電子和通用集成電路芯片。 近些年來，中國加大了集成電路的研發(fā)與投入，已經(jīng)能夠生產(chǎn)大量常用芯片，但是PET等應(yīng)用的高端芯片技術(shù)仍然被國際巨頭扼住喉嚨。 目前，國際商用的ASIC只有一些海外廠商可以提供，但這些境外芯片供應(yīng)商的產(chǎn)品無法適配國內(nèi)廠商的PET/CT配套需求，導(dǎo)致國內(nèi)廠商處在無芯片可用的尷尬狀態(tài)，這同時(shí)也是制約國家多種大型高精設(shè)備尤其是癌癥診斷醫(yī)療影像設(shè)備發(fā)展的瓶頸。 針對以上難題，宇稱電子研發(fā)了高精度信號處理集成電路芯片ASIC，用于提供高精度的電荷與飛行時(shí)間測量。 其中NeuXF1，不僅可大幅改善PET/CT的定位精確度，還幫助PET/CT生產(chǎn)廠商完成新一代基于SiPM的PET設(shè)備升級換代和小型化，探測通道數(shù)可提高80倍以上，降低整機(jī)成本并大幅提高整機(jī)國產(chǎn)化率。

NeuXF1

PET/CT介紹

PET：正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層掃描顯像儀（PositronEmission Tomography），是一種高端癌癥診斷設(shè)備，被譽(yù)為醫(yī)療放射影像設(shè)備上的明珠。

PET的工作原理是：通過靜脈注入低劑量正電子示蹤劑（Tracer），癌細(xì)胞會吸附大量正電子示蹤劑從而生成一對方向相反、能量為 511 keV的γ光子。

由于需要探測單個(gè)光子，PET技術(shù)難度非常高，其核心技術(shù)為通過測量兩個(gè)光子到達(dá)探測器的飛行時(shí)間（Time of Flight，即ToF）的差值，從而進(jìn)一步確定癌癥細(xì)胞的位置。

PET的正電子發(fā)射源主要在于癌癥細(xì)胞，但是只有癌癥細(xì)胞還不能清晰定位，必須提供其他正常細(xì)胞的全景圖像并兩者疊加，才能準(zhǔn)確判斷病灶位置。

CT掃描可以給出人體的解剖結(jié)構(gòu)圖和PET圖像合并可以精確給出癌癥病灶位置。由于CT使用X光全方位投影技術(shù)，X光和PET放出的光子原理相近，并且都是環(huán)形探測器結(jié)構(gòu)，可以將兩種設(shè)備合二為一。

通過PET技術(shù)可診斷是否患有癌癥及患癌癥部位具體位置，可廣泛用于癌癥早期篩查和術(shù)前分級和術(shù)后復(fù)查、阿茲海默癥和心肌壞死的檢查等。

PET/CT在我國使用前景廣闊但裝機(jī)量有巨大缺口，我國每百萬人的PET/CT擁有量只有0.2臺，遠(yuǎn)低于歐美發(fā)達(dá)國家的4-5臺。而且，全球高端醫(yī)療設(shè)備機(jī)型長期被GPS（GE、Philips、Siemens）壟斷，國內(nèi)設(shè)備廠商差距巨大。

國內(nèi)核心問題在于無法自研探測芯片，進(jìn)而大多設(shè)備采用分離器件組裝而成，不僅成本上沒有優(yōu)勢，并且在通道密度和時(shí)間分辨率等關(guān)鍵指標(biāo)上很難得到突破。醫(yī)療影像設(shè)備專用的光子探測器和ASIC，由于其極高的精度要求及分辨率要求，更是在技術(shù)上被屢屢“卡脖子”。

宇稱電子是國內(nèi)唯一的具備可商用化大型癌癥診斷醫(yī)療設(shè)備專用高精度ASIC定制設(shè)計(jì)能力的第三方廠商，本次露面的NeuXF1關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到世界領(lǐng)先，并且全產(chǎn)業(yè)鏈均通過國產(chǎn)工藝完成，是一顆標(biāo)準(zhǔn)的國芯國造，能幫助國內(nèi)醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)商實(shí)現(xiàn)快速趕超。

NeuXF1 ASIC亮點(diǎn)介紹

1.把SiPM的性能發(fā)揮到極致 NeuXF1可以極限挑戰(zhàn)SiPM的時(shí)間性能，已實(shí)現(xiàn)商用領(lǐng)域國際領(lǐng)先的時(shí)間分辨率 < 50ps，符合事件時(shí)間分辨率半高寬<180ps 1ps = 0.00000000000001秒 = 十億分之一秒? ?? 通過時(shí)間分辨率的提升，可以：? ?????? ●?顯著提升圖像信噪比 ●?大幅降低藥物使用量 ●?更易于小病灶的檢出

2.業(yè)界最高的集成度 NeuXF1每個(gè)通道都有獨(dú)立的ADC、TDC等模塊，單顆小小的芯片實(shí)現(xiàn)了64組分立元器件所實(shí)現(xiàn)的功能，大大簡化了工業(yè)設(shè)計(jì)，也極大的降低了成本。從而可實(shí)現(xiàn)業(yè)界最高的PET/CT整機(jī)通道密度。 ● 單芯片64通道，處理能力更強(qiáng)； ●海量的數(shù)據(jù)吞吐，單芯片數(shù)據(jù)吞吐能力可達(dá)800Mbit/s，整機(jī)的數(shù)據(jù)吞吐能力至少在500Gbit/s以上； ●模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、無限擴(kuò)展成為了可能。

3.兼容性好/穩(wěn)定性高/一致性高 ●兼容各種商用SiPM； ●具備極高的工作穩(wěn)定性，時(shí)間精度不隨著環(huán)境溫度發(fā)生漂移，非常有利于整機(jī)的工業(yè)設(shè)計(jì)； ●能量分辨率 <= 9%；? ●?能量一致性高，實(shí)現(xiàn)更精確的散射過濾和矯正； ●?時(shí)間一致性高，實(shí)現(xiàn)更精確的ToF重建。 ?宇稱電子的通用型SiPM讀出ASIC 可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療分子成像、激光雷達(dá)等領(lǐng)域，主要特性為： ? ●?高集成度：每枚處理單元芯片可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立64通道的數(shù)據(jù)處理； ●?完備的信號處理和數(shù)字化輸出：一站式處理模式，實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化； ●?兼容各種商業(yè)SiPM傳感器，可實(shí)現(xiàn)各種PET系統(tǒng)方案的開發(fā)；? ?? ● 單通道單光子時(shí)間精度優(yōu)于100ps，達(dá)到國際領(lǐng)先水平；???

●片上集成A/D和 T/D 數(shù)字化模塊，系統(tǒng)集成System on Chip（SoC）；

●極高的工作穩(wěn)定度，時(shí)間精度不隨環(huán)境溫度漂移；

●超高的動態(tài)范圍適合各種尺寸和像素?cái)?shù)的SiPM傳感器；

●兼容于強(qiáng)磁場環(huán)境；

●低功耗，低發(fā)熱；

●高事件率和高敏感度。