CT探測器發展遭遇瓶頸期，技術突破迫在眉睫

隨著科學技術的發展，CT已經成了放射科的主力設備之一。相關統計顯示，目前國內CT保有量約為2.5萬臺。CT探測器是CT的核心部件之一，被稱為“CT的眼睛”。2018年，CT探測器設備市場價值約為14.8億美元，預計2017~2024年復合增長率為4.5%，2024年市值將達19億美元。雖然國內各家廠家都推出了自主研發的CT探測器，但是CT探測器的發展還是到了瓶頸期。未來，CT探測器又該何去何從呢？

　　CT探測器的作用及分類

　　CT由X線球管、濾過器、準直器、探測器以及機架組成。X線球管、探測系統和重建算法是對圖像質量影響最大的三個CT組件。  CT探測器就是將已經通過人體衰減后的X線轉換為光電信號，使計算機系統得以識別并且計算出相應的信息。探測器轉換材料應有效地檢測（即吸收）入射的X射線量子并將其轉換為光（對于閃爍材料）或直接轉換為電信號（對于直接轉換材料）。轉換臺對整體成像性能的極強影響使得閃爍體和直接轉換材料成為成像檢測器的關鍵技術項目。轉換材料的主要特點是：探測效率、靈敏度、空間分辨率和時間分辨率。

　　CT探測器主要分為固體探測器和氣體探測器。其中，固體探測器按照閃爍體的材料區別，又分為閃爍探測器和稀土陶瓷探測器；氣體常用高壓疝氣。現代CT被廣泛使用的是稀土陶瓷探測器，它實際上是摻雜了釔之類金屬元素的超快速氧化陶瓷，采用光學方法使這些材料和光電二極管結合在一起。其特點是穩定性好、光電轉換效率高、X線的吸收率達99%、余暉小且容易進行較小的分割（閃爍體是陣列探測器小單元的組成部分，尺寸越小，空間分辨力越高）。

　　目前，許多實驗小組正在評估新材料，以用于現代CT應用。一種非常有前途的材料是(Lu,Gd,Y,Tb)3(Ga,Al)5 O 12類型的石榴石。這些材料可以單晶和多晶陶瓷形式提供，具有出色的透光性，增加的光產量，非常短的衰減時間以及與光探測器的光譜匹配性提高。

　　CT探測器國內市場分析

　　我國醫療影像市場廣闊，未來仍有較大潛力：2017年中國醫療影像市場規模達到511億元，占全球醫療影像市場17.4%；2010年至2017年，中國醫療影像市場規模的復合增長率達到6.5%，遠超全球增速1.0%（見圖1）。

圖1

　　從國內政策支持上看，特別審批通道鼓勵本土企業創新，國產替代走向正軌。醫療影像進出口價差較大，部分優勢領域存在國產替代機會。中國主要醫療影像設備平均進口金額是出口金額的2~12倍：從2018年醫療影像設備進出口數據來看，CT設備進口金額是出口的6倍。借此，國家通過特別通道，比如采購國產設備無需醫療配置證等方式，支持國產影像設備。2018年10月，國家衛生健康委員會發布《2018-2020年大型醫用設備配置規劃數量分布表》，明確大型醫療設備采購計劃，其中大部分為醫療影像設備。

　　醫療影像產業鏈可細分為六個環節：分別為原料生產、零部件生產、核心組件制造、主機制造、系統集成和醫院。其中原料和零部件屬于上游，核心組件和主機屬于中游，系統集成和醫院屬于下游。中游為醫療影像核心環節：探測器、高壓發生器、數據處理系統等均為醫療影像產業的重要組成部分。

　　2018年，探測器設備市場價值約為14.8億美元，預計2017-2024年復合增長率4.5%，2024年市值將達19億美元。雖然國內廠商已經相繼推出和創新設計了自己的探測器，但是探測器背后的一些核心元件還是依靠進口。例如：傳感器。傳感元件是數據采集的重要環節之一，不同成像領域對應不同的傳感器，是決定成像質量的關鍵物理部件，預計2022年不同技術醫療影像傳感器市場總額將達到545億美元。另外還包括信號鏈。信號鏈是數據采集和處理的關鍵環節，數據采集和數據處理信號鏈模擬芯片在醫療影像半導體領域重要性增加。醫療影像領域以信號鏈為主的模擬芯片重要性提升：醫療影像行業對分辨率、安全性等需求不斷增長，使其半導體含量繼續增加，預計2020年全球醫療影像半導體相關元件出貨量達到73000件；其中模擬芯片占比從2014年8.6%提升至2020年20.5%。如果國產公司能在探測器相對應的關鍵元器件上面有自主創新，即使目前探測器新研發技術遇到瓶頸期，也還是可以在國內市場上有所提升。

　　CT探測器廠商及代表性產品

　　西門子醫療  德國西門子是領先的醫療技術公司。在上海擁有西門子亞洲培訓中心，以及裝配工廠和研發中心。在深圳有西門子磁共振研發生產部門。以SOMATOM? X.cite為例，使用的是StellarInfinity detector?，Stellar探測器是西門子醫療集團的首個完全集成的探測器。常規的檢測器模塊依靠信號處理板，其中光電二極管與模數轉換器分開布置。這會導致電子噪聲，因為信號在二極管和轉換器之間的傳播距離相對較長。在Stellar探測器中，簡化了電路板，并且將轉換器直接布置在光電二極管下方。由于來自光電二極管的模擬信號被直接轉換為可靠的數字信號，因此這種完全集成降低了電子噪聲，從而顯著提高了信噪比（SNR），從而優化了劑量效率和圖像質量。更高的通道密度和新的幾何形狀甚至在復雜區域中也可提供均質的圖像質量，具有完全電子集成的TrueSignal技術，邊緣技術可生成0.5毫米的圖像，單次采集層數可達128，空間分辨率0.3mm，最大旋轉速度0.3s。

　　飛利浦醫療 荷蘭飛利浦醫療致力于研發并提供全面的醫療保健解決方案，以為用戶提供物超所值的保健服務，包含從疾病預防、放射診斷到治療，再到健康管理以及監測等。以IQon Spectral CT為例，通過新的雙層光譜檢測器為傳統的CT掃描增加了能譜分辨率。借助基于釔的閃爍體（GOS+）可以吸收99%的高能射線，NanoPanel棱鏡檢測器可同時識別高能和低能光子，不僅可以查看解剖結構，還可以使用顏色來表征關鍵結構的組織密度含量。與傳統的雙能CT不同，能譜技術可以運用于任何方式的掃描中。

　　GE通用醫療  美國GE醫療致力于成為引領精準醫療的創新者，GE醫療提供智能設備、數據分析、軟件應用和服務，實現從疾病診斷、治療到監護的全方位精準醫療生態體系。以Revolution CT產品為例，在Revolution?CT上引入GSI Xtream，這是第一項旨在改善小病變檢測，組織表征和減少金屬偽影的體積能譜CT技術，從掃描到重建再到可視化，整個GSI體驗得到了增強。借助GemstoneTM凈度檢測器，上文中所提到的石榴石探測器，有 0.25 msec 超高速 kV 切換功能，16cm寬度探測器，0.23 mm分辨率。

　　佳能醫療 日本佳能公司，佳能醫療系統從事用于疾病的早期診斷、早期治療的CT、MRI、超聲波診斷設備、X光診斷設備等影像診斷系統和檢查設備的研發和生產。 以 Aquilion Precision為例，使用“微鋒”高精度切割技術從固體錠中切割生產閃爍體來實現的, 閃爍體探測器0.25mm，1792通道的16厘米的探測器，可采集320 圖像,最大旋轉速度0.35s。新的“微鋒”精密切割技術用于開發了可光學隔離的離散0.25 mm元件，從而允許光傳輸而不會發生串擾。

　　聯影醫療 聯影醫療公司成立于2011年3月，是目前國內唯一一家擁有全線高端影像設備的公司。特別是全身一體化PETCT，更是開創了世界PETCT的中國制造。 以uCT780為例，使用的是閃爍體探測器，但是基于TSV（硅通道）技術，直接輸出數字信號，低輻射劑量與高圖像質量兼而得之。0.5mm探測器單元,最大旋轉速度0.3s，可生成128層圖像。

　　明峰醫療  明峰醫療系統股份有限公司成立于2011年，由明峰集團、國家先進制造產業基金、浙江省人才基金、紹興創業基金及廣州越秀產業基金投資的高新技術醫療設備公司。公司總部位于浙江省紹興市，在中國杭州、中山、鄭州、重慶、成都，以及美國俄亥俄州Solon設有研發、生產中心。以QuantumEye 799為例，原創球面寬體探測器，512層圖像，可以產能譜圖像。

　　東軟醫療 東軟醫療系統股份有限公司是中國大型高端醫療設備的推動者之一。東軟醫療目前擁有CT、MRI、DSA、XR、PET/CT、RT、US、IVD、MDaaS九大產品線，能夠提供放射影像、常規檢查、放療與核醫學、臨床應用解決方案。以NeuViz Epoch 無極CT為例，使用全景追光者探測器---16cm軸掃+16cm螺旋覆蓋，0.259s的旋轉速度，0.17mm圖像分辨率。

　　安科醫療 深圳安科高技術股份有限公司是由中國科學院與美國Nasdaq上市公司Analogic于1986 年合資成立的中國最早的高科技醫療器械公司，是廣東省和深圳市最早的高新技術企業之一。公司主要從事高檔醫療電子設備的開發、生產和經營，目前產品涉及醫療影像、醫療信息、醫療電子和治療等四個領域，有六大類、近三十個品種。以ANATOM128 產品為例，使用了optiwave光波探測器，以及非接觸滑環，可采集128層圖像。

　　目前，各家廠商CT的成像特點不同，CT探測器的特點也有一定的區別，而CT探測器內部的稀有金屬材料，其實都并未完全公開。未來很長一段時間，CT探測器的發展還是取決于其材料的改變，以及切割技術方面的突破。此外，CT探測器后面的數據轉換器核心部件仍然掌握在國外廠商手中，國內市場潛力還是很大，核心技術還需取得突破。（作者單位：思宇醫械觀察）