新型全数字光电转换器件硅光电倍增器（SiPM）是由华中科技大学教授谢庆国带领团队研制完成的，它利用数字PET团队发明的MVT采样方法，解决了模拟SiPM多通道数据读出的瓶颈问题，实现了高灵敏度的全数字SiPM。这项研究自2008年以来，获得了国家科技部、国家自然科学基金委员会多个项目的持续支持。

近日，比萨大学的研究人员在仪器领域的国际权威期刊《物理研究中的核仪器和方法》（《Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A》）上发表了一篇综述论文：《硅光电倍增器的医学应用》（《Medical applications of silicon photomultipliers》），通讯作者是该校医学物理学教授、医学物理学院院长阿尔贝托（Alberto Del Guerra）。他在文章的最后一段话指出：（华中科技大学的）基于标准CMOS工艺集成片上微电子学电路的硅光电倍增器代表新一代SiPM的方向，一旦成功应用，将使基于越来越定量的医学影像的早期诊断、预后及治疗等医学前进一大步。

比萨大学历史悠久，作为物理学的发源地之一而享有盛誉，出现过伽利略这样的科学巨匠和多位诺贝尔奖获得者。阿尔贝托是著名的物理学教授，曾担任欧洲医学物理组织联合会（EFOMP）主席。他认为，新型全数字SiPM将是未来光电器件技术的发展方向，具引领作用。

全数字硅光电倍增器解决弱光探测领域国际难题

光电探测器是弱光探测系统的核心器件，广泛应用于安防、工业、医疗等国民经济的各个行业。目前应用最广泛的光电探测器是光电倍增管（Photomultiplier，简称 PMT），然而，一直以来，PMT技术和市场被美、日、欧垄断，一些高性能PMT甚至对我国禁售；而PMT的固有技术瓶颈也限制了其应用前景。

20世纪80年代，前苏联研制出硅光电倍增器（SiPM）。这种器件具有增益高、灵敏度高、偏置电压低、对磁场不敏感等特点，甚至可以测量到单个可见光光子。这些特点也促使SiPM被认为是可以取代PMT、广泛应用于各个领域的光电探测器件。然而，SiPM的高度集成，难以实现多通道数据读出，从而限制其发展。

自2006年开始，包括华中科技大学数字PET团队在内的全球多支科研团队相继将SiPM作为核心器件应用于PET医学成像中的研究。

2008年，谢庆国教授与SiPM的先驱、莫斯科工程物理学院教授道格西恩（Boris.Dolgochein）院士通过国际合作项目开展了关于PET/MRI关键部件方面的研究。道格西恩团队萨瓦列夫（Valerie Saveliev）教授了解到数字PET的优势，认为其不公可以突破SiPM的技术瓶颈，而且可以最大限度地发挥其潜能。受此前景吸引，萨瓦列夫教授与意大利籍年轻人尼古拉（Nicola D’Ascenzo）相继全职加入谢庆国教授领导的数字PET团队。

经过十年的努力，该团队终于在2017年成功开发出全数字SiPM，并于今年实现了产品化。尼古拉介绍，全数字SiPM具有亚纳秒级响应速度，单光子级灵敏度和低噪声等特性，性能达到国际一线水平。

《中国制造2025》明确将“工业强基”工程定为支撑制造强国建设的五大工程之一，被列入《十三五规划》。数字PET团队核心成员肖鹏教授认为，全数字SiPM的成功研发有望改变我国高性能光电技术长期被垄断、部件长期依赖进口的局面，对实现中国弱光光电探测技术的自主创新、提升国家工业核心竞争力具重大意义。

全数字硅光电倍增器对PET定量成像意义重大

谢庆国教授介绍，医学影像的定量化一直是一大挑战。PET成像过程涉及物质到能量、高能粒子到可见光、光到电、模拟到数字、数据到图像等五个信号流环节。自主研发的全数字SiPM可在光到电这个环节实现更精确的量化信息，对实现PET成像的定量化意义重大。这意味着PET成像不仅仅是功能活度的可视化呈现（Visualization），更能提供精准、定量的生化、代谢的数据信息（Quantification），为医生提供‘绝对’的数据。未来的疾病诊疗、病理研究或将迎来革命性的变化。

“光，总是与光明和创造相连。探测光、测量光是人类一个很基础的问题。”谢庆国小心地拈起数字PET实验室研发的、指甲盖大小的SiPM芯片阵列，饶有兴致地说，“作为近代物理学的滥觞之地，比萨大学曾出现包括伽利略在内的‘追光者’。周虽旧邦，其命维新。在科技高速发展的今天，这座古老学府的‘现代追光者’们敏锐地看到了中国的全数字SiPM的巨大潜力，看到了它为光电探测领域可能开拓出的一个全新疆域。我们也将不断拓展这个全新的光电转换器件之于PET定量成像的意义，为医学影像发展探索更多可能。”

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016890021831489X

https://www.mdpi.com/1424-8220/17/10/2204

数字PET团队自主研发的硅光电倍增器（SiPM）工程样片