（一）項目背景

熒光分子成像技術可為癌癥病變分子成分改變的在體可視化提供跨尺度的檢測手段。現有的熒光分子成像技術多采用科研級深度制冷CCD作為傳感器進行圖像采集，面臨弱光探測能力不夠和半導體元器件“卡脖子”兩大問題。一方面，CCD圖像傳感器需要將半導體器件劃分成高密度像素才能進行高分辨率圖像采集，造成單個像素通光量不足，嚴重影響弱光成像能力。另一方面，CCD技術專利和市場多被歐美和日韓企業壟斷，價格昂貴，生產周期長且不可控，是一個“卡脖子”問題。

（二）項目簡介

針對上述問題，本項目獨辟蹊徑的研發了基于單像素成像技術路線的單像素熒光檢測儀。首先研發了具有高探測效率和較快響應速度的基于鈣鈦礦先進光電材料的單點探測器；結合先進單像素成像算法，研制基于單點探測器和稀疏編解碼的高靈敏度熒光信號探測模塊，利用較少的采樣來重建高質量、抗噪性強的圖像，替代昂貴CCD成像方案，繞開CCD“卡脖子”問題；以此研發單像素熒光探測儀，單點探測器僅需負責信號采集，不需劃分成高密度像素，因此感光面積不受限制，極大的提高通光量和弱光成像能力；采用人工智能算法對數據進行增強與分析，根據具體的應用需求選擇合適的算法，提高圖像清晰度，增強圖像細節，降低噪聲。因此，本項目在全鏈條（基礎探測器件-探測模塊-成像系統-圖像處理）上實現了完全國產并且自主可控，符合服務國家科學儀器設備國產化的戰略，有望解決現有技術的兩大問題，對于填補國內空白具有重大意義。基于上述原理，本項目開發了原理樣機，其各項指標達到了國際、國內先進水平。得益于鈣鈦礦單點探測器的高靈敏度，該樣機在弱光成像上具有極大的優勢，可以實現nW/cm2級別下的清晰成像，保證了低濃度成像靶標的微弱光成像需求。綜上所述，本項目開發了一款具有自主知識產權的、國產化程度高的熒光成像儀器，為微弱癌癥病變分子成分改變的在體可視化提供跨尺度的檢測手段，在醫療、科研等領域有著廣闊的應用前景。

（三）關鍵技術

因此，本項目的關鍵技術在于：

1.高靈敏度高響應速度鈣鈦礦光電探測器件

2.單像素式熒光成像技術

3.人工智能數據增強與分析技術