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6.4億，西門子醫(yī)療加碼光子計數(shù)CT

日期:2023-05-31

據(jù)近日媒體報道，西門子醫(yī)療正在德國福希海姆（Forchheim）建造一家新工廠，用于生產半導體晶體材料，總投資額高達8000萬歐元（約合人民幣6.4億）。

這一半導體材料名為碲化鎘，將用于光子計數(shù)CT的探測器。據(jù)介紹，西門子醫(yī)療是業(yè)界唯一一家能生產這類半導體探測器的企業(yè)，設計了制備碲化鎘晶體完整的工藝流程。自然界中，碲化鎘需要三百萬年才能生成，在西門子醫(yī)療的探測器實驗室中只需要三個月內就可以生長出純凈的晶體。

由于實現(xiàn)了這一材料突破，2021年11月西門子醫(yī)療才得以推出全球首臺光子計數(shù)計算機斷層掃描系統(tǒng)NAEOTOM Alpha。西門子醫(yī)療此次新建工廠，意味著其光子計數(shù)CT生產正加油提速中，市場增長可見一斑。

日本工廠達產能極限

500億歐元擴建歐洲基地

根據(jù)此前報道，西門子醫(yī)療從 2011 年開始與世界上為數(shù)不多掌握了最高質量晶體生長技術的公司之一——日本 Acrorad公司建立了密切的合作伙伴關系，成為了 Acrorad 的大股東。

隨后西門子醫(yī)療在德國福希海姆地區(qū)，建立了一個由 Christian Schr?ter 博士領導的專門實驗室——“晶體中心”來開發(fā)新型晶體，在那里生長的碲化鎘具有 99.9999 的純度百分比。

據(jù)介紹，由于目前位于日本地區(qū)的生產設施已達到產能極限，西門子醫(yī)療將在德國福希海姆投建新工廠，該工廠的使用面積超過9000平方米，預計將創(chuàng)造100個新工作崗位，計劃于2026年投入運營。

值得關注的是，這已經是三年內西門子醫(yī)療在福希海姆地區(qū)完成的第二筆重大投資。自2019年以來，西門子醫(yī)療已累計投資約500億歐元用于擴建該基地。

西門子醫(yī)療診斷成像主管André Hartung表示：“我們將在福希海姆制造世界上第一臺光子計數(shù)CT Naeotom Alpha，由于其高分辨率成像，自2021年上市以來，市場需求大幅增加。新工廠的投建旨在大幅提高晶體的生產能力，防止供應瓶頸并縮短生產時間。同時，復雜晶體的研究和開發(fā)也將在這里開展。”

半導體革命

催生全球首臺光子計數(shù)CT

2021年9月30日西門子醫(yī)療的NAEOTOM Alpha作為全球首臺光子計數(shù)計算機斷層掃描系統(tǒng)，獲得了FDA批準。FDA給予最高贊譽，稱光子計數(shù)是近十年來在CT領域最重大的技術進展。

那么光子計數(shù)CT的最大突破在哪里呢？據(jù)介紹，CT探測器的材質叫閃爍晶體，這種探測器自1995年以來就一直被沿用，也就意味著成像的分辨率不可能進一步提高，劑量也不可能再低了。

西門子從2005年開始在探測器上尋求突破，發(fā)現(xiàn)碲化鎘和傳統(tǒng)探測器的特性差別很大。

首先，這種半導體有一個特質，X線打在上面，直接變成電信號，不需要轉化成可見光的過程，從而革新了整個影像鏈條。由此，X線的轉化效率大幅提升，以前可能只有60%到70%，現(xiàn)在可以達到90%多，信噪比也大大提升。

第二，這種半導體可以區(qū)分X線的能量。因為X線是個混合能量。以前的探測器，特別難區(qū)分這個能量，但是碲化鎘半導體的材質，很容易把能量里面的級別區(qū)分出來，而且還可以精確計算出每一個光子的數(shù)量。由此對CT能量學的研究就大大的提高。

第三，原來傳統(tǒng)的探測器都是靠人為切割出來的，叫像素。像素一般能做到0.8mm*0.8mm，就不能再小了，因為它的物理特性決定只能切割這么小，看到的病灶細節(jié)，也就只能在1個毫米左右。而碲化鎘探測器，不是靠物理的切割，而是可以人為定義像素，理論上可以做到無限小。當然現(xiàn)實中不可能無限小，因為太小了之后，接受的X線也會變少。但是至少相比之前縮小10倍，比如以前可以分辨1平方毫米，現(xiàn)在就可以分辨出0.1毫米。

光子計數(shù)未來CT發(fā)展方向

CT的影像質量與X射線探測器的性能密切相關。X射線轉換的方法包括間接地利用光子作為中間體傳輸信號以及直接的X射線到電荷轉換。相較于間接型X射線探測器，直接型X射線探測器具有更好的空間分辨率。

基于直接型材料的能量分辨X射線探測器主要采用了光子計數(shù)技術。光子計數(shù)X射線探測器可以將每個入射的光子作為一個獨立的事件分析，能夠將非常寬能譜的X射線分能區(qū)進行計數(shù)，并判斷其所屬的能量區(qū)間，因而具有能譜分辨能力，實現(xiàn)了多能譜成像，該技術被認為是未來X射線成像領域的發(fā)展方向。

目前在探測器材料方面也有幾大技術路線，非晶硒、碲化鎘(CdTe)、碲鋅鎘(CdZnTe，CZT)以及硒化鎘(CdSe)等都屬于直接探測材料，它們具有較高的原子序數(shù)、較大的X射線吸收系數(shù)和較高的載流子遷移率，被期望能夠廣泛地應用在X射線探測技術上。

GE醫(yī)療

GE醫(yī)療于2006年發(fā)布了世界上第一臺使用鎘基(cadmium-based)探測器的光子計數(shù)CT原型機。2020年GE醫(yī)療收購了一家專門從事研發(fā)光子計數(shù)CT硅探測器的瑞典初創(chuàng)公司Prismatic Sensors AB，獲取了其純硅探測器技術。

據(jù)2021年11月媒體報導，GE的光子計數(shù)CT技術已首次展開大規(guī)模臨床試驗，試驗將由卡羅林斯卡大學醫(yī)院Karolinska Institutet和MedTechLabs監(jiān)督展開。

據(jù)介紹，GE的光子計數(shù)CT技術是全球首個采用了深硅探測器的光子計數(shù)CT技術。這一探測器能夠在不影響計數(shù)率和光譜分辨率的同時提供出色的空間分辨率，發(fā)掘出光子計數(shù)CT的全部潛力。

佳能醫(yī)療

2021年9月佳能收購了加拿大銻鋅鎘半導體檢測器模塊公司Redlen Technologies，用于光子計數(shù)CT研發(fā)。

佳能董事長兼首席執(zhí)行官表示，我們認為Redlen公司用于下一代光子計數(shù)CT的技術將提升CT掃描器的性能。未來，佳能醫(yī)療系統(tǒng)株式會社將銷售這些光子計數(shù)CT掃描器，而佳能公司也將向其他CT制造商供應掃描器中的關鍵半導體檢測器模塊。這種方式的協(xié)調銷售將加速在日本、歐洲、美國以及其他地區(qū)的廣泛采用。我們認為光子計數(shù)CT掃描器將成為理想的診斷機器。

聯(lián)影醫(yī)療

近日，聯(lián)影醫(yī)療牽頭的“十四五”國家重點研發(fā)計劃“診療裝備與生物醫(yī)用材料”重點專項——光子計數(shù)能譜CT研發(fā)、磁共振引導的放療直線加速器系統(tǒng)研發(fā)及臨床驗證項目正式啟動。

由聯(lián)影醫(yī)療牽頭的光子計數(shù)能譜CT研發(fā)這一項目，將聯(lián)合復旦大學附屬中山醫(yī)院、上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院、江蘇省人民醫(yī)院、吉林大學第一醫(yī)院、上海交通大學附屬仁濟醫(yī)院、哈爾濱醫(yī)科大學、東南大學、陜西迪泰克新材料有限公司、遼寧省檢驗檢測認證中心等產業(yè)上下游、高校及臨床多家單位，全力推動實現(xiàn)光子計數(shù)探測器和關鍵部件國產化，填補中國在該領域的技術空白。

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