今年CMEF醫(yī)學(xué)影像區(qū)，一場(chǎng)沒(méi)有硝煙的巔峰對(duì)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(chǎng)最大規(guī)模的展位，同臺(tái)競(jìng)技各式最新最前沿的醫(yī)學(xué)影像軟硬件。今年，他們除了復(fù)刻過(guò)去的策略，還不約而同帶來(lái)了自家“光子計(jì)數(shù)CT”的最新消息。
CMEF現(xiàn)場(chǎng)，聯(lián)影uCTUltima
前些年，歐洲放射學(xué)會(huì)主席Krestin教授道出的 “未來(lái)每一臺(tái)CT都將是光子計(jì)數(shù)CT”。雖有些夸張，但確實(shí)引得不少?gòu)S商參與到相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)的攻堅(jiān)中。
同時(shí)，市場(chǎng)也對(duì)這一新式CT持擁抱態(tài)度。2024年，憑借全國(guó)首張也是唯一一張光子計(jì)數(shù)CT注冊(cè)證，西門子醫(yī)療在中國(guó)超高端CT市場(chǎng)橫掃而過(guò)，上市第一年便以5000萬(wàn)的均價(jià)賣出兩位數(shù)的設(shè)備，收獲了協(xié)和、瑞金、浙二等國(guó)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(cè)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(jì)數(shù)CT的“國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃”和后續(xù)進(jìn)入“創(chuàng)新醫(yī)療器械特別審查程序”。
悄無(wú)聲息中，他們已經(jīng)站在了CT技術(shù)的最前沿。
01
一場(chǎng)圍繞探測(cè)器展開(kāi)的革命
光子計(jì)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(hào)引導(dǎo)至光學(xué)光子傳感器并形成像素，傳統(tǒng)能量積分探測(cè)器（EID）依賴釓硫化物（GOS）或碘化銫（CsI）閃爍晶體，進(jìn)行"X射線－可見(jiàn)光－電信號(hào)"的間接轉(zhuǎn)換路徑。這個(gè)過(guò)程中需要使用反射隔柵或其他結(jié)構(gòu)來(lái)切割或分隔探測(cè)器，以確保每個(gè)像素獨(dú)立接收光信號(hào)，光電吸收效率僅60%且存在光散射損耗。此外，當(dāng)探測(cè)器抵達(dá)320排時(shí)，探測(cè)器切割的最小單位已接近極限，難以進(jìn)一步提升探測(cè)器數(shù)量。
相較之下，光子計(jì)數(shù)探測(cè)器（PCD）采用碲化鎘（CdTe）、碲鋅鎘（CZT）等寬禁帶半導(dǎo)體材料，能夠直接將沉積的X射線能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，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(cè)效率的情況下顯著減小探測(cè)器像素尺寸，光電吸收占比可超過(guò)95%。
因此，光子計(jì)數(shù)CT帶來(lái)的革命不僅是成像模式的革命，更是材料科學(xué)革命。
目前，主流的探測(cè)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(zhǔn)入的光子計(jì)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(cè)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(wú)損檢測(cè)設(shè)備工作時(shí)的射線能量，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)X射線多能譜光子計(jì)數(shù)技術(shù)的最佳材料。
此外，CdTe探測(cè)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(yùn)輸至電極而不被中途俘獲，使其探測(cè)器對(duì)60keV 射線的探測(cè)效率達(dá)到95%以上。在能量分辨率方面，CdTe高電阻率還能保證探測(cè)器在高工作電壓下實(shí)現(xiàn)極小的漏電流，CT運(yùn)行的噪聲也隨之減小。
今年3月進(jìn)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(cè)器材料。CZT與CdTe同屬II-VI族化合物，性能、優(yōu)點(diǎn)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(duì)外披露詳細(xì)披露了NeuViz P10的參數(shù)及優(yōu)勢(shì)。東軟醫(yī)療首席執(zhí)行官武少杰在發(fā)布會(huì)上介紹：NeuViz P10搭載了新一代碲鋅鎘光子計(jì)數(shù)探測(cè)器實(shí)現(xiàn)零噪聲光子計(jì)數(shù) CT成像，空間分辨率超越46.5lp/cm。
此外，該光子計(jì)數(shù)CT還擁有光子超音速特性，轉(zhuǎn)速突破了0.23s大關(guān)。結(jié)合第三代冠脈運(yùn)動(dòng)偽影校正技術(shù)，NeuViz P10可為超高清冠脈成像提供了堅(jiān)實(shí)的保障。在檢查冠狀動(dòng)脈時(shí)，支架、鈣化、斑塊等成像顯示更清晰。
在輻射劑量和對(duì)比劑用量方面，NeuViz P10光子計(jì)數(shù) CT沒(méi)有披露具體的指標(biāo)。但光子計(jì)數(shù)CT的成像模式本就能夠?qū)崿F(xiàn)了低輻射劑量，低對(duì)比劑用量的雙低目標(biāo)，東軟醫(yī)療又在NeuViz P10上引入了AI ClearInfinity深度學(xué)習(xí)重建技術(shù)，可以進(jìn)一步降低輻射提高成像質(zhì)量。
而在科研方面，NeuViz P10 光子計(jì)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(gè)（3+）能量箱，超十種以上基物質(zhì)對(duì)成像，可幫助醫(yī)生更為輕松地完成臨床科研多類型對(duì)比劑成像、精準(zhǔn)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(méi)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(shí)現(xiàn)了更大的掃描覆蓋范圍，為心臟疾病的精準(zhǔn)診斷提供了全新可能。
聯(lián)影醫(yī)療公布的光子計(jì)數(shù)CT冠脈支架結(jié)構(gòu)成像
深硅路徑當(dāng)前僅有GE醫(yī)療正在嘗試。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)有醫(yī)生表示，GE醫(yī)療的深硅光子計(jì)數(shù)CT也已完成研發(fā)，但沒(méi)有在CMEF期間公開(kāi)展示，取而代之的是Apex量子平臺(tái)系列CT?；蛟S在1～2年內(nèi)，我們便能看到深硅路徑的光子計(jì)數(shù)CT與CdTe、CZT同臺(tái)競(jìng)技。
02
“下一代CT”之名，競(jìng)爭(zhēng)者不止光子計(jì)數(shù)CT
憑借西門子醫(yī)療的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，NAEOTOM Alpha已在臨床與科研得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了整個(gè)光子計(jì)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(jìng)爭(zhēng)“下一代CT”之名的不止光子計(jì)數(shù)CT。
事實(shí)上，傳統(tǒng)CT除了探測(cè)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(yùn)行時(shí)，機(jī)身會(huì)因產(chǎn)生向心力，而當(dāng)CT為提升成像效果不斷增加其體積與質(zhì)量時(shí)，產(chǎn)生的向心力會(huì)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(wèn)題，當(dāng)下唯一的解法，只能對(duì)CT的成像邏輯進(jìn)行重構(gòu)。
本次CMEF期間，國(guó)內(nèi)超高端CT制造商納米維景對(duì)外展示了其重構(gòu)邏輯。他們?cè)趩闻_(tái)CT的機(jī)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(gè)探測(cè)器模組陣列式分布的探測(cè)器環(huán)，并通過(guò)時(shí)序電子精準(zhǔn)控制陣列中的射線源進(jìn)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(cè)器旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)“機(jī)械旋轉(zhuǎn)”到“光學(xué)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(shè)計(jì)，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(guò)先進(jìn)的數(shù)字陰極與高頻逆變技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)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(guò)優(yōu)化氣流設(shè)計(jì)解決散熱問(wèn)題，確保設(shè)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(duì)散熱效率和熱容量的要求，延長(zhǎng)了射線源的使用壽命。
在探測(cè)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(zhǎng)工藝將兩種折射率各異的晶相融合進(jìn)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(jiàn)光的同時(shí)，可見(jiàn)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(zhǎng)方向定向傳播。
通過(guò)這種方式，相控陣CT同樣無(wú)需使用二氧化鈦進(jìn)行探測(cè)器微單元的物理分割，實(shí)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(fù)眼24”的空間分辨率可達(dá)25lp/cm，與光子計(jì)數(shù)CT處于同一數(shù)量級(jí)。
03
超高清醫(yī)學(xué)影像時(shí)代，AI成為必需品
超高端CT激戰(zhàn)正酣，帶火的下一個(gè)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(gè)患者的影像存儲(chǔ)大小在200-300MB左右，而部分光子計(jì)數(shù)CT的分辨率為2048*2048，相控陣CT “復(fù)眼24”的分辨率為3072*3072，單張切片像素可達(dá)千萬(wàn)，生成的單個(gè)患者影像約有10GB-20GB。
對(duì)于醫(yī)生而言，新一代CT高清的影像在展示了更為細(xì)節(jié)患者影像的同時(shí)，但也帶來(lái)了數(shù)倍于過(guò)往的工作量，此情況下，基于AI的影像預(yù)處理幾乎可以視作一件必需品。
然而，影像AI公司訓(xùn)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(jìn)行重新設(shè)計(jì)與訓(xùn)練。
對(duì)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(jī)遇。
此外，新一代CT帶來(lái)的更高清更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)也在推動(dòng)數(shù)字孿生向前發(fā)展。
基于這些數(shù)據(jù)，未來(lái)的診斷、治療或許都能在數(shù)字孿生體上先跑一遍，進(jìn)而給予患者更高效、更精準(zhǔn)的診療服務(wù)。
04
超高端CT之爭(zhēng)，產(chǎn)能將成為決定因素
據(jù)相關(guān)企業(yè)透露，納米維景的相列陣CT“復(fù)眼24”已經(jīng)完成了臨床試驗(yàn)，有望在今年年末獲得NMPA審批，正式開(kāi)啟銷售。東軟醫(yī)療的NeuViz P10于今年3月進(jìn)入國(guó)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(chǎng)。
不過(guò)，拿證并不意味著能夠規(guī)模商業(yè)化。無(wú)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(guó)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(wèn)題。
據(jù)相關(guān)人士猜測(cè)，GE醫(yī)療之所以遲遲沒(méi)有公布光子計(jì)數(shù)CT，主要是仍在考慮其光子計(jì)數(shù)CT的定位。他們不希望光子計(jì)數(shù)CT僅能應(yīng)用于最前沿的醫(yī)院，而希望每一個(gè)層級(jí)的醫(yī)院都能用上光子計(jì)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(shí)具備更為優(yōu)質(zhì)的特性。
總的來(lái)說(shuō)，無(wú)論上述哪一種CT實(shí)現(xiàn)突破，都將為中國(guó)的醫(yī)療體系帶來(lái)新的力量。
畢竟僅2024一年時(shí)間，國(guó)內(nèi)醫(yī)院已經(jīng)使用西門子醫(yī)療的光子計(jì)數(shù)CT累計(jì)掃描近10萬(wàn)次，貢獻(xiàn)了超過(guò)40篇權(quán)威期刊論文。
待到明年更多“下一代”CT進(jìn)入市場(chǎng)，我們或能看到更多優(yōu)秀科研成果涌現(xiàn)而出，推動(dòng)中國(guó)醫(yī)療實(shí)力向世界最前沿靠近。
5月9日，動(dòng)脈網(wǎng)與恩舍家族辦公室即將共同舉辦一場(chǎng)醫(yī)療器械設(shè)計(jì)與制造大會(huì)，在蘇州進(jìn)行線下交流，其中也會(huì)詳細(xì)探討國(guó)產(chǎn)影像創(chuàng)新企業(yè)如何逐步進(jìn)行底層技術(shù)的突破，挑戰(zhàn)國(guó)際巨頭。歡迎大家點(diǎn)擊報(bào)名。
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