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今年ＣＭＥＦ醫(yī)學影像區(qū)，一場沒有硝煙的巔峰對決正在上演。
往年聯(lián)影醫(yī)療與東軟醫(yī)療總是占據(jù)全場最大規(guī)模的展位，同臺競技各式最新最前沿的醫(yī)學影像軟硬件。今年，他們除了復刻過去的策略，還不約而同帶來了自家＂光子計數(shù)ＣＴ＂的最新消息。
ＣＭＥＦ現(xiàn)場，聯(lián)影ｕＣＴＵｌｔｉｍａ
前些年，歐洲放射學會主席Ｋｒｅｓｔｉｎ教授道出的 ＂未來每一臺ＣＴ都將是光子計數(shù)ＣＴ＂。雖有些夸張，但確實引得不少廠商參與到相關創(chuàng)新技術的攻堅中。
同時，市場也對這一新式ＣＴ持擁抱態(tài)度。２０２４年，憑借全國首張也是唯一一張光子計數(shù)ＣＴ注冊證，西門子醫(yī)療在中國超高端ＣＴ市場橫掃而過，上市第一年便以５０００萬的均價賣出兩位數(shù)的設備，收獲了協(xié)和、瑞金、浙二等國內(nèi)超一流醫(yī)院作為客戶。
ＣＭＥＦ前，聯(lián)影醫(yī)療僅向外部披露了探測器的材料路徑及科研用的能譜顯微ＣＴ，東軟醫(yī)療更是一張＂白紙＂，只透露其參與了光子計數(shù)ＣＴ的＂國家重點研發(fā)計劃＂和后續(xù)進入＂創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查程序＂。
悄無聲息中，他們已經(jīng)站在了ＣＴ技術的最前沿。
一場圍繞探測器展開的革命
光子計數(shù)ＣＴ的出現(xiàn)主要是為了突破傳統(tǒng)ＣＴ面臨的成像瓶頸。
為了將光信號引導至光學光子傳感器并形成像素，傳統(tǒng)能量積分探測器（ＥＩＤ）依賴釓硫化物（ＧＯＳ）或碘化銫（ＣｓＩ）閃爍晶體，進行＂Ｘ射線－可見光－電信號＂的間接轉(zhuǎn)換路徑。這個過程中需要使用反射隔柵或其他結(jié)構(gòu)來切割或分隔探測器，以確保每個像素獨立接收光信號，光電吸收效率僅６０％且存在光散射損耗。此外，當探測器抵達３２０排時，探測器切割的最小單位已接近極限，難以進一步提升探測器數(shù)量。
相較之下，光子計數(shù)探測器（ＰＣＤ）采用碲化鎘（ＣｄＴｅ）、碲鋅鎘（ＣＺＴ）等寬禁帶半導體材料，能夠直接將沉積的Ｘ射線能量轉(zhuǎn)換為電信號，不需要再使用反射隔柵。因此，使用ＰＣＤ允許在不損害幾何檢測效率的情況下顯著減小探測器像素尺寸，光電吸收占比可超過９５％。
因此，光子計數(shù)ＣＴ帶來的革命不僅是成像模式的革命，更是材料科學革命。
目前，主流的探測器材料包括碲化鎘（ＣｄＴｅ）、碲鋅鎘（ＣＺＴ）、深硅（Ｓｉ）三種。作為目前唯一獲得ＦＤＡ、ＮＭＰＡ準入的光子計數(shù)ＣＴ，西門子醫(yī)療ＮＡＥＯＴＯＭ Ａｌｐｈａ及其系列產(chǎn)品均選擇以ＣｄＴｅ作為探測器材料，ＣｄＴｅ具有高原子序數(shù)、高密度以及寬帶隙（ｗｉｄｅ ｂａｎｄ ｇａｐ）等特性，其最佳工作射線能量范圍幾乎覆蓋了所有醫(yī)療影像、安檢、無損檢測設備工作時的射線能量，被認為是實現(xiàn)Ｘ射線多能譜光子計數(shù)技術的最佳材料。
此外，ＣｄＴｅ探測器較高的原子序數(shù)意味著它具備更高的光電吸收效率，而高載流子遷移率與壽命可確保更多的載流子運輸至電極而不被中途俘獲，使其探測器對６０ｋｅＶ 射線的探測效率達到９５％以上。在能量分辨率方面，ＣｄＴｅ高電阻率還能保證探測器在高工作電壓下實現(xiàn)極小的漏電流，ＣＴ運行的噪聲也隨之減小。
今年３月進入特別審查程序的東軟醫(yī)療ＮｅｕＶｉｚ Ｐ１０則是使用了ＣＺＴ作為探測器材料。ＣＺＴ與ＣｄＴｅ同屬ＩＩ－ＶＩ族化合物，性能、優(yōu)點大致相似。相較之下，ＣＺＴ密度更小，電阻率和禁帶寬度更高，因而在室溫下性能表現(xiàn)更好。
ＣＭＥＦ期間，東軟醫(yī)療正式對外披露詳細披露了ＮｅｕＶｉｚ Ｐ１０的參數(shù)及優(yōu)勢。東軟醫(yī)療首席執(zhí)行官武少杰在發(fā)布會上介紹：ＮｅｕＶｉｚ Ｐ１０搭載了新一代碲鋅鎘光子計數(shù)探測器實現(xiàn)零噪聲光子計數(shù) ＣＴ成像，空間分辨率超越４６．５ｌｐ／ｃｍ。
此外，該光子計數(shù)ＣＴ還擁有光子超音速特性，轉(zhuǎn)速突破了０．２３ｓ大關。結(jié)合第三代冠脈運動偽影校正技術，ＮｅｕＶｉｚ Ｐ１０可為超高清冠脈成像提供了堅實的保障。在檢查冠狀動脈時，支架、鈣化、斑塊等成像顯示更清晰。
ＣＭＥＦ期間，東軟醫(yī)療開展ＮｅｕＶｉｚ Ｐ１０發(fā)布會
在輻射劑量和對比劑用量方面，ＮｅｕＶｉｚ Ｐ１０光子計數(shù) ＣＴ沒有披露具體的指標。但光子計數(shù)ＣＴ的成像模式本就能夠?qū)崿F(xiàn)了低輻射劑量，低對比劑用量的雙低目標，東軟醫(yī)療又在ＮｅｕＶｉｚ Ｐ１０上引入了ＡＩ ＣｌｅａｒＩｎｆｉｎｉｔｙ深度學習重建技術，可以進一步降低輻射提高成像質(zhì)量。
而在科研方面，ＮｅｕＶｉｚ Ｐ１０ 光子計數(shù) ＣＴ 的光子能譜功能大幅度提升了能量分辨率，在科研模式下可支持多個（３＋）能量箱，超十種以上基物質(zhì)對成像，可幫助醫(yī)生更為輕松地完成臨床科研多類型對比劑成像、精準解析物質(zhì)成分，腫瘤、斑塊等定量定性分析。
聯(lián)影醫(yī)療目前ＣｄＴＥ、ＣＺＴ都有布局，但本次ＣＭＥＦ沒有透露展出的ｕＣＴＵｌｔｉｍａ具體使用了哪一條路徑。但有透露：聯(lián)影醫(yī)療在超清成像模式（ＵＨＲ）方面取得了顯著成果；除了在常規(guī)臨床檢查中表現(xiàn)出色外，聯(lián)影醫(yī)療還成功突破了現(xiàn)有ＰＣＣＴ在超清成像模式中的數(shù)據(jù)傳輸限制，實現(xiàn)了更大的掃描覆蓋范圍，為心臟疾病的精準診斷提供了全新可能。
聯(lián)影醫(yī)療公布的光子計數(shù)ＣＴ冠脈支架結(jié)構(gòu)成像
深硅路徑當前僅有ＧＥ醫(yī)療正在嘗試。據(jù)現(xiàn)場有醫(yī)生表示，ＧＥ醫(yī)療的深硅光子計數(shù)ＣＴ也已完成研發(fā)，但沒有在ＣＭＥＦ期間公開展示，取而代之的是Ａｐｅｘ量子平臺系列ＣＴ。或許在１～２年內(nèi)，我們便能看到深硅路徑的光子計數(shù)ＣＴ與ＣｄＴｅ、ＣＺＴ同臺競技。
＂下一代ＣＴ＂之名，競爭者不止光子計數(shù)ＣＴ
憑借西門子醫(yī)療的先發(fā)優(yōu)勢，ＮＡＥＯＴＯＭ Ａｌｐｈａ已在臨床與科研得到廣泛應用，推動了整個光子計數(shù)ＣＴ品類的發(fā)展。但若放在超高端ＣＴ這一賽道中，有能力競爭＂下一代ＣＴ＂之名的不止光子計數(shù)ＣＴ。
事實上，傳統(tǒng)ＣＴ除了探測器數(shù)量難以突破外，轉(zhuǎn)速方面也已逼近物理極限。螺旋ＣＴ運行時，機身會因產(chǎn)生向心力，而當ＣＴ為提升成像效果不斷增加其體積與質(zhì)量時，產(chǎn)生的向心力會逐漸逼近ＣＴ結(jié)構(gòu)可承受的極限，最大轉(zhuǎn)速止于０．２５秒／圈。
要解決這一問題，當下唯一的解法，只能對ＣＴ的成像邏輯進行重構(gòu)。
本次ＣＭＥＦ期間，國內(nèi)超高端ＣＴ制造商納米維景對外展示了其重構(gòu)邏輯。他們在單臺ＣＴ的機架中植入了２４套一體化球管陣列式排布的射線源環(huán)以及６４個探測器模組陣列式分布的探測器環(huán)，并通過時序電子精準控制陣列中的射線源進行依次脈沖式曝光完成數(shù)據(jù)的采集，以射線源閃爍替代球管－探測器旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)＂機械旋轉(zhuǎn)＂到＂光學旋轉(zhuǎn)＂的變換。
基于這一新的成像模式，納米維景將其命名為＂相控陣ＣＴ＂。
在射線源方面，相控陣ＣＴ采用了一體化陣列式設計，將熱陰極Ｘ射線管與高壓電源集成為一體，以保證束流能量和穿透力。通過先進的數(shù)字陰極與高頻逆變技術，實現(xiàn)了精準的超窄脈沖曝光和低劑量掃描。
為了控制球管的體積，納米維景采用了＂智能雙循環(huán)氣道散熱系統(tǒng)＂通過優(yōu)化氣流設計解決散熱問題，確保設備的穩(wěn)定性及患者的高通量檢查。此外，輪替式曝光方式則降低了對散熱效率和熱容量的要求，延長了射線源的使用壽命。
在探測器的材料方面，納米維景使用的是一種具有微觀有序結(jié)構(gòu)的共晶材料。具體而言，該公司使用一種特殊的生長工藝將兩種折射率各異的晶相融合進同一共晶材料之中。由于折射率的差異，在Ｘ射線的照射下，閃爍體晶相將入射Ｘ射線轉(zhuǎn)換成可見光的同時，可見光在閃爍體晶相和基質(zhì)晶相的交界面以全反射的形式沿著晶體生長方向定向傳播。
通過這種方式，相控陣ＣＴ同樣無需使用二氧化鈦進行探測器微單元的物理分割，實現(xiàn)了更小的像素尺寸和更高的空間分辨率。在ＭＴＦ＝１０％的前提下，相控陣ＣＴ＂復眼２４＂的空間分辨率可達２５ｌｐ／ｃｍ，與光子計數(shù)ＣＴ處于同一數(shù)量級。
超高清醫(yī)學影像時代，ＡＩ成為必需品
超高端ＣＴ激戰(zhàn)正酣，帶火的下一個賽道是影像人工智能。
目前主流螺旋ＣＴ的分辨率為５１２＊５１２，單個患者的影像存儲大小在２００－３００ＭＢ左右，而部分光子計數(shù)ＣＴ的分辨率為２０４８＊２０４８，相控陣ＣＴ ＂復眼２４＂的分辨率為３０７２＊３０７２，單張切片像素可達千萬，生成的單個患者影像約有１０ＧＢ－２０ＧＢ。
對于醫(yī)生而言，新一代ＣＴ高清的影像在展示了更為細節(jié)患者影像的同時，但也帶來了數(shù)倍于過往的工作量，此情況下，基于ＡＩ的影像預處理幾乎可以視作一件必需品。
然而，影像ＡＩ公司訓練使用的影像幾乎都為５１２＊５１２大小，現(xiàn)有的很多算法不能兼容更高分辨率的影像，需要進行重新設計與訓練。
對于他們而言，打造能夠處理高質(zhì)量影像的算法是挑戰(zhàn)，也是機遇。
此外，新一代ＣＴ帶來的更高清更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)也在推動數(shù)字孿生向前發(fā)展。
基于這些數(shù)據(jù)，未來的診斷、治療或許都能在數(shù)字孿生體上先跑一遍，進而給予患者更高效、更精準的診療服務。
超高端ＣＴ之爭，產(chǎn)能將成為決定因素
據(jù)相關企業(yè)透露，納米維景的相列陣ＣＴ＂復眼２４＂已經(jīng)完成了臨床試驗，有望在今年年末獲得ＮＭＰＡ審批，正式開啟銷售。東軟醫(yī)療的ＮｅｕＶｉｚ Ｐ１０于今年３月進入國家藥品監(jiān)督管理局創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查程序，則可能在明年之內(nèi)持證入場。
不過，拿證并不意味著能夠規(guī)模商業(yè)化。無論ＣＴＺ、ＣｄＴＥ、深硅，距離量產(chǎn)都有一定距離。
目前，西門子醫(yī)療顯然跑在最前面，它在日本沖繩、德國福希海姆均有生產(chǎn)ＣｄＴｅ的工廠，但產(chǎn)能依然未能匹配需求。東軟醫(yī)療、聯(lián)影醫(yī)療、納米維景走在后面，同樣需要提前考慮產(chǎn)能的問題。
據(jù)相關人士猜測，ＧＥ醫(yī)療之所以遲遲沒有公布光子計數(shù)ＣＴ，主要是仍在考慮其光子計數(shù)ＣＴ的定位。他們不希望光子計數(shù)ＣＴ僅能應用于最前沿的醫(yī)院，而希望每一個層級的醫(yī)院都能用上光子計數(shù)ＣＴ，因而仍在尋找更好的＂深硅＂制造路徑，使其能在保證產(chǎn)量的同時具備更為優(yōu)質(zhì)的特性。
總的來說，無論上述哪一種ＣＴ實現(xiàn)突破，都將為中國的醫(yī)療體系帶來新的力量。
畢竟僅２０２４一年時間，國內(nèi)醫(yī)院已經(jīng)使用西門子醫(yī)療的光子計數(shù)ＣＴ累計掃描近１０萬次，貢獻了超過４０篇權(quán)威期刊論文。
待到明年更多＂下一代＂ＣＴ進入市場，我們或能看到更多優(yōu)秀科研成果涌現(xiàn)而出，推動中國醫(yī)療實力向世界最前沿靠近。
５月９日，動脈網(wǎng)與恩舍家族辦公室即將共同舉辦一場醫(yī)療器械設計與制造大會，在蘇州進行線下交流，其中也會詳細探討國產(chǎn)影像創(chuàng)新企業(yè)如何逐步進行底層技術的突破，挑戰(zhàn)國際巨頭。歡迎大家點擊報名。
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