本项目依托江苏省医学影像综合训练中心江苏省医学工程实验教学示范中心，为核医学成像设备提供一个高度仿真、智能交互的综合训练环境，有效解决教学难题，可以使学生掌握核医学设备
的基本结构、工作原理及实际应用，培养学生运用“新工科”工程技术方法，解决“新医科”医学影像设备领域实际问题的方法和技能。
知识目标：掌握核医学成像设备的基本结构、成像原理、图像质量控制以及临床应用；
能力目标：对核心知识重难点进行主动认知与应用的能力；对企业来源的真实科学研究项目进行实践创新的能力；运用跨学科的知识与方法分析解决临床问题的能力。
素质目标：拥有坚持不懈、精益求精的科学精神，具有家国情怀和国际视野，有志为医疗设备国产化做出贡献。
核医学成像基础原理：
核医学成像基础原理主要包括光电效应、康普顿效应、电子对生成和湮灭效应、核医学成像原理。
以湮灭反应原理为例：PET扫描部分所用示踪剂是通过发射正电子(Positron)的放射性核素 (又称正电子示踪剂)进行标记的，例如氟18F脱氧葡萄糖(18F-fluorodeoxy-glucose，FDG)衰变时发射正电子(B+)(Decay)，从而使其本身达到稳定状态。正电子(B+)与周围一个自由电子 (人体内的负电子) 结合产生释放一对方向相反 (方向互为180)、能量为511keV的v光子（Photon），此过程为湮灭反应。从正电子发射的位置到正负电子湮灭点的垂直距离即PET系统空间分辨率的最小物理极限值 (极限分辨率)，通常为1~4mm。
PET-CT原理：
结构原理（以CT系统部分为例）：
探测器模块是一种能量转换装置，其主要作用是将检测到的透过人体组织结构的不可见的X线转换成模拟电信号。探测器模块结构上由闪烁晶体、光导、光电转换模块（光电倍增管或光电二极管）组成。
高压发生器是产生X线能量来源的组件，它一方面提供X线管所需要的高压电场，另一方面给X线管灯丝供电。
X线球管又称为X线发射管，是CT的X射线直接发射装置，X线管是一种真空电子管，绝大部分是真空二级管，结构上由阴极、高压阳极、散热组件、控制电路组成。
采用3ds max 软件对PET-CT内部器件，如X线球管、高压发生器等进行模型设计。设计内容包括核医学成像流程、PET-CT系统、X线球管、高压发生器等核心要素的三维模型的制作。使用Unity3D制作虚拟现实交互场景，用三维动画的方式模拟运行原理以及临床应用。利用虚拟现实技术对核医学成像基础、工作原理以及实际临床应用展开研究，完善虚拟现实互动场景的布置。
成像原理：
以符合探测原理为例：符合探测是成像的基础, 当在一个时间窗内恰好有两个探测器都检测到了γ光子，那么我们便会将其记录为一次正电子湮灭事件，并将其位置记录下来。如图所示。
数据采集：
以PET-CT透射扫描为例：PET-CT中的透射扫描就是CT扫描，放射源为X线球管。透射扫描的主要功能是用于对PET图像做衰减校正。PET-CT的透射扫描可以提供高质量的CT图像。扫描过程主要分为两部分：扫描架内X射线发射器与接收器绕扫描架轴线进行高速旋转。
图像重建原理：
图像重建主要包括滤波反投影法（Filtered Back ProjectionFBP）和有序子集最大期望值法（ordered subset expectation maximization，OSEM）。
滤波反投影法(FilterBack-Projection，FBP)的数学理论基础是Radon变换和Fourier切片定理。 基本实现思路是对某一投影角度下的投影函数与滤波器进行卷积，得到修正的投影函数，再对此修正的投影函数作反投影重建出图像。
有序子集最大期望值法（ordered subset expectation maximization,OSEM），基本思路是将全部的投影数据划分为N个子集(subset)，用每个子集中的投影数据(projection)对被重建图像中的各个像素值进行一次校正，称为一次子迭代(Iteration)；所有子集轮流完成一遍，称为完成了一次迭代。在这个过程中，一次迭代，图像就被更新了n次，收敛速度加快N倍，低计数时仍可重建出高质量图像。
实验内容：
（1）核医学成像基础模块：第①步学习核物理基础与放射性药物，第②步原理与图片动画结合，第③步选择常见体位核素，第④步完成SPECT扫描。
（2）PET-CT原理模块：第①步观察PET-CT结构，第②步体验透射扫描与发射扫描，第③步了解主要校正方法制，第步图像重建流程仿真，实现3D人机交互，学生可以在图像重建中以第一视角进行自主重建数据，沉浸感强；第⑤步图像融合可视化。
（3）应用于探究模块：
①小动物活体成像研究：诱导麻醉大鼠，取药，注射药物，设备接通麻醉气体，转移固定大鼠，完成扫描前准备。将大鼠置于扫描床，完成扫描。进行PET图像重建和CT 图像重建，完成窗位窗宽的设置，进行图像融合，完成小动物活体成像研究的全过程，引导学生进行小动物活体成像的实验探究；
②肺癌转移筛查应用：通过实验场景肺癌患者就诊全流程：预约扫描，录入信息，问诊，测量身高体重，测血糖，注射前准备，注射示踪剂，注射后准备，百威，扫描，摆位，选择体位，选择扫描程序，预扫描，选择扫描长度，点击go生成图像，得到最终图像以及病患诊断，引导学生进行模拟实际临床操作步骤；
③淋巴癌疗效评估应用：扫描前流程与肺癌转移筛查应用相似，直接进入操作界面，录入患者信息，选择体位，选择扫描程序，预扫描，选择扫描长度，图像生成，最后得到淋巴癌的最终图像以及诊断，引导学生进行操作不同临床实例。
实验方法：
用户使用计算机访问核医学成像原理及PET-CT应用虚拟仿真实验，推荐使用谷歌Chrome 64位浏览器，依据各自的身份认证、登录、进入实验，点击相应的知识点模块，即可开展在线虚拟仿真操作学习。
学生登录核医学成像原理及PET-CT应用虚拟仿真实验，实验分为学习模式与考核模式，在考核模式下，点击核医学成像基础模块，完成对核物理基础、放射性药物和核医学成像的学习；点击PET-CT原理模块，观察PET系统和CT系统结构部件，学习PET-CT的成像原理；点击应用与研究模块，完成小动物活体成像研究、肺癌转移筛查应用和淋巴癌疗效评估应用与探究；点击操作界面上的实验报告模块，系统记录学生的操作过程，实验在线考核成绩由系统后台的赋分模型程序自动评判，并生成实验报告。
学生交互性操作步骤，共 19 步
步骤序号 | 步骤目标要求 | 步骤合理用时 | 目标达成度赋分模型 | 步骤满分 |
1 | 光电效应 | 4min | 完成光电效应示意图；掌握光电效应示意图2分； 光电效应测试题答题正确2分； | 4 |
2 | 康普顿效应 | 4min | 完成康普顿效应示意图；掌握康普顿效应示意图2分；康普顿效应测试题答题正确2分； | 4 |
3 | 电子对生成 | 4min | 完成电子对生成示意图；掌握电子对生成示意图2分；电子对生成测试题答题正确2分； | 4 |
4 | 湮灭反应 | 3min | 完成湮灭反应理论原理应用，掌握湮灭反应原理4分 | 4 |
5 | 放射性药物的特点 | 4min | 学习物理半衰期理论原理1分； 学习射线种类和能量理论原理1分；学习显像与示踪的理论原理1分； | 3 |
6 | 常用放射性核素 | 7min | 学习常用核素种类作用2分； 分别完成测试人体骨显像、心肌显像、脑、肝脏、肾脏、肺部与甲状腺部位的放射性药物现象，共2分。 | 4 |
7 | PET-CT设备扫描过程 | 3min | 操作完成核医学成像全过程3分。 | 3 |
8 | PET-CT结构认知学习 | 6min | 查看CT探测器1分；查看高压发生器1分；查看X线球管1分；查看PET探测器1分；学习符合探测原理，掌握符合探测流程 2分。 | 6 |
9 | 数据采集 | 4min | 完成定位像扫描1分；完成CT螺旋扫描1分；完成PET扫描1分 | 3 |
10 | 数据校正 | 5min | 学习飞行时间校正流程，掌握飞行时间校正原理1分；了解死区时间校正、均匀性校正1分；学习掌握衰减校正原理1分。 | 3 |
11 | 数据重建（高阶性模块）：滤波投影法知识点学习 | 3min | 学习滤波投影法，掌握滤波投影法原理、CT图像重建流程2分；查看实验提示，预先完成滤波投影法整体实现流程2分 | 4 |
12 | 数据重建（高阶性模块）：滤波投影法实验操作 | 5min | 完成滤波投影法6个方向的计算2分；计算投影总和2分；计算除去重叠部分2分；得出最后计算结果2分；查看滤波投影法最后处理图像2分。 | 10 |
13 | 数据重建（高阶性模块）：有序子集-最大期望值法知识点学习 | 3min | 学习有序子集-最大期望值法，掌握有序子集-最大期望值法、OSEM算法2分； | 2 |
14 | 数据重建（高阶性模块）：有序子集-最大期望值法实验操作 | 4min | 完成有序子集-最大期望值法实验；计算完成垂直方向迭代3分；计算完成水平方向迭代3分；计算完成对角线方向迭代3分；获得OSEM算法迭代流程1分。 | 10 |
15 | 图像融合 | 5min | 学习图像配准原理，掌握图像配准流程1分；操作完成图像的融合，查看图像融合示例1分 | 2 |
16 | 完成小动物活体成像实验流程（探究性实验） | 10min | 完成小动物活体成像扫描前准备，了解扫描前准备的流程2分；观看活体扫描流程，了解PET-CT扫描流程2分；操作完成PET图像重建，掌握PET图像重建原理3分；操作完成CT图像重建，掌握CT图像重建原理3分；操作完成窗宽窗位的设置1分；调节参数，完成图像融合2分。 | 13 |
17 | 完成肺癌转移筛查临床检查流程 | 10min | 完成肺癌转移筛查检查放射性示踪剂注射前准备登记信息，测量身高体重1分；测量血糖1分，注射示踪剂1分；注射后准备，摆位2分，录入患者信息1分，进行扫描、选择体位2分 | 8 |
18 | 完成肺癌转移筛查的图像处理生成 | 10min | 完成肺癌转移筛查图像处理；work list中调出患者信息，选择体位，给患者摆放体位；选择扫描程序2分，对肺癌转移筛查患者进行预扫描；选择扫描长度1分，输入扫描参数1分，生成图像1分。 | 5 |
19 | 完成淋巴癌疗效评估应用实验 | 10min | 进行淋巴癌疗效患者扫描前准备完成淋巴癌疗效图像处理；录入患者信息分，选择体位，给患者摆放体位2分；选择扫描程序2分，对淋巴癌疗效患者进行预扫描；选择扫描长度1分；输入扫描参数1分；生成图像并评估2分。 | 8 |