當螺旋CT的球管－探測器轉速與探測器寬度逼近物理極限，我們已經很難像往常一樣通過迭代核心零部件尋求影像質量的質變。
因此，近年來高端影像設備廠商們要么對探測器的材料進行創(chuàng)新；要么重構成像邏輯，尋找突破現(xiàn)有CT物理極限的第二路徑。
不轉的CT
國產超高端CT制造商納米維景同時圍繞上述兩項路徑創(chuàng)新實現(xiàn)了新的突破：他們在單臺CT的機架中植入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，故得名“相控陣CT”。
這種創(chuàng)新的理念和技術架構在把螺旋CT掃描時的動態(tài) “機械旋轉”轉變成靜態(tài) “光學旋轉”的同時，實現(xiàn)了CT時間分辨率與空間分辨率的跨越式提升。
對比頂級螺旋CT，初代相控陣CT“復眼24”已能將時間分辨率提高3倍、空間分辨率提高64倍，最薄掃描層厚僅為0.1mm。
當然，“復眼24”僅是“相控陣CT”的開始，隨著相控陣技術的不斷迭代，以及產品硬件的不斷創(chuàng)新，納米維景有能力在更快更精密的尺度下，發(fā)掘深藏于人體影像中的未知生命信息。
2025CMEF首日，納米維景攜相控陣CT“復眼24”亮相現(xiàn)場。
球管熱容量，退出歷史舞臺
從“機械旋轉”成像到“光學旋轉”成像的躍遷看似簡單，實則需要對CT原理、架構、材料、工藝等方方面面進行重構。
以球管為例，螺旋CT為追求更高成像效率與質量，球管需要配置更大的陽極靶面和熱容量，輔以更多空間或更新式的技術進行散熱，因而球管的體積隨技術的發(fā)展不斷增大。
而相控陣CT采用了以多套球管－高壓構成的“陣列式一體化射線源環(huán)”和整環(huán)探測器構成的“探測器環(huán)”組成的“陣列”雙環(huán)結構，可以有效控制上述核心零部件的體積。
在掃描時，相控陣CT依靠射頻脈沖精準控制陣列式射線源輪流進行脈沖曝光，形成“分布式熱容”，相當于將單個射線源的熱量分散到24個射線源共同承擔。每個射線源只在1/24的時間內產熱，其余時間用于冷卻，使得散熱時長遠遠大于產熱時長。
在這種工作模式下，球管陽極的冷卻率和產熱率幾乎相等，即使在最大負荷條件下，球管也能及時冷卻。因此，陽極無需追求極致的散熱效率和熱容量，從而避開了高功率旋轉陽極帶來的工程難題。
相控陣CT小型陣列球管熱量積累示意圖（時間軸放大5000倍）
當CT不再討論“排”
再談探測器。納米維景發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的光子計數(shù)探測器在光子數(shù)激增時其計數(shù)率跟不上，導致信號失真，影響成像質量。
為了解決這一問題，納米維景打造了全球首個光子流探測器，在MTF=10%的前提下空間分辨率最高可達25LP/cm，實現(xiàn)了探測器的超微像素化。
在探測器的材料方面，納米維景使用了具有微觀有序結構的共晶材料。通過先進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射線轉換成可見光的同時，可見光在閃爍體晶相和基質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，也就無需使用二氧化鈦進行探測器微單元的物理分割，這也使納米維景的相控陣CT不再有“排”的概念。
此外，為了實現(xiàn)供應鏈的完全可控，納米維景還自研了相控陣CT相關的芯片、窄脈沖高壓發(fā)生器等部件，在超高端影像設備制造領域真正意義上實現(xiàn)了全供應鏈自研自產。
更高分辨率影像的臨床意義
除了在技術方面實現(xiàn)突破，現(xiàn)有的臨床試驗證據(jù)也已直觀地展現(xiàn)了相控陣CT的價值。
在肺結節(jié)診斷中，常規(guī)CT生成的6mm以下的結節(jié)影像通常精度不夠、成像模糊，因此國際指南均以6mm為分界線，建議對于直徑大于6毫米的肺結節(jié)進行臨床評估，等到結節(jié)生長至滿足影像設備能力的大小才能進一步診斷。
而相控陣CT生成的影像幾乎看不到偽影，能夠完整展示4mm結節(jié)的細節(jié)，甚至能夠清晰顯示結節(jié)周圍的血管情況。這意味著醫(yī)生能夠更早判斷結節(jié)的良惡性，進一步降低惡性結節(jié)切除手術的難度與風險。如果這項技術能夠規(guī)模應用，或將重構肺癌診斷的臨床指南。
另一個佐證相控陣CT臨床價值的證據(jù)源于肝癌治療。目前大多數(shù)醫(yī)生會采取手術的方式切除肝癌組織，但術后有70%～80%的患者都會在五年內復發(fā)。
這是因為：肝癌組織通常都有豐富的滋養(yǎng)血管，為腫瘤供給養(yǎng)料。但這些血管太小，普通CT增強無法清晰顯示。因此，在術前評估時，切肝的范圍就會縮小，許多浸潤、微浸潤的血管保留了下來，進而導致了肝癌的復發(fā)。
憑借更高精度的影像，相控陣CT顯然可以發(fā)現(xiàn)被普通CT忽視的蛛絲馬跡。目前，納米維景正與某頂尖三甲醫(yī)院開展相關的國自然項目研究，該創(chuàng)新技術在未來有望重構肝癌的手術規(guī)劃流程，有效提高患者術后的5年生存率。
相控陣CT與AI的雙向賦能
盡管存在諸多優(yōu)勢，納米維景的相控陣CT亦有其局限所在。
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，而相控陣CT “復眼24”現(xiàn)在的分辨率為3072*3072，單張切片像素近1000萬，生成的單個患者影像約有20GB。
對于醫(yī)生而言，相控陣高清的影像無疑展示了更為細節(jié)的患者信息，但也帶來了數(shù)倍于過往的工作量。在國內現(xiàn)有的醫(yī)療環(huán)境下，效率同樣是醫(yī)療機構不能忽視的問題。
為了解決上述矛盾，納米維景目前已與多家國內影像AI公司合作，使用AI對CT影像進行預處理，進而提高醫(yī)生的閱片效率。
需要注意的是，影像AI公司訓練使用的影像幾乎都為512*512大小，現(xiàn)有的算法不能有效處理更高分辨率的影像，因而納米維景的合作伙伴們正為相控陣CT量身打造AI算法。
對于他們而言，打造能夠處理高質量影像的算法是挑戰(zhàn)，也是機遇。
從傳統(tǒng)螺旋CT到光子計數(shù)CT、相控陣CT等新一代超高端CT，這些新設備生成的醫(yī)學影像分辨率已經躍出傳統(tǒng)范疇，要在新時代中構建競爭力，影像AI企業(yè)們必須謀得更高質量的數(shù)據(jù)培育新的AI。
因此，在影像AI企業(yè)賦能納米維景相控陣CT的同時，納米維景也為影像AI企業(yè)帶來新的可能，助力他們在下一代數(shù)智化競爭中拔得頭籌。
從微觀世界中尋找前瞻性創(chuàng)新
回顧CT近五十年的發(fā)展，核心技術雖已完成數(shù)次跨越，始終沒能在宏觀成像上突破毫米級別，仍需醫(yī)生通過觀察器官、組織解剖結構以及形態(tài)學變化做出診斷。
如今相控陣CT出現(xiàn)，才為醫(yī)生們精準探查組織、細胞信息找到了可能。
據(jù)納米維景透露，相控陣CT“復眼24”已經完成臨床試驗，有望在今年內獲批；更高分辨率的“復眼36”已經在研發(fā)之中，有望在數(shù)年內實現(xiàn)微米級的成像。
過去沒有國產超高端影像設備作為支持，影像科的醫(yī)生更多從事于回顧性研究。如今伴隨相控陣CT的突破，我們希望能看到更多國內醫(yī)生從回顧性研究轉向前瞻性研究，推動醫(yī)學影像由宏觀影像不斷向介觀乃至微觀影像不斷邁進。
熱門跟貼