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一臺高精度“相機”，可以幫助醫(yī)生們觀察到2毫米以下的肺結(jié)節(jié)，精準辨別肺部結(jié)節(jié)良性還是惡性，同時為患者規(guī)避了因不必要手術(shù)導(dǎo)致的過度醫(yī)療……這便是由我國企業(yè)自主研發(fā)的全球首臺相控陣CT。8月12日，這臺相控陣CT在上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院進入臨床試用階段，成為全球CT技術(shù)發(fā)展史上一次革命性飛躍的里程碑。

值得注意的是，北京納米維景科技有限公司（以下簡稱“納米維景”）完全憑借自身力量，實現(xiàn)了該設(shè)備探測器、高壓發(fā)生器、球管等核心部件的自主研發(fā)與完全國產(chǎn)化?！霸贑T影像設(shè)備領(lǐng)域，相控陣CT技術(shù)是一個新物種，所有的核心零部件都是自主研發(fā)。我們走在‘無人區(qū)’，沒有作業(yè)可抄?！奔{米維景首席科學(xué)家曹紅光語氣堅定地說。

顛覆傳統(tǒng)CT技術(shù)原理

“傳統(tǒng)的機械旋轉(zhuǎn)架構(gòu)相當于在掃描架上分別裝載1個或2個相機、光源，圍繞人體進行高速旋轉(zhuǎn)拍照；而相控陣CT的結(jié)構(gòu)則是在掃描架上分別排列了一圈的光源和一圈的照相機。”曹紅光向記者解釋相控陣CT架構(gòu)原理時提到。

傳統(tǒng)CT設(shè)備的框架是機械旋轉(zhuǎn)，掃描架圍繞人體進行高速旋轉(zhuǎn)。但是高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生巨大的離心力，依據(jù)現(xiàn)有材料學(xué)和工程學(xué)，傳統(tǒng)螺旋CT性能已達到物理極限。

而相控陣CT光學(xué)旋轉(zhuǎn)模式是對傳統(tǒng)機械旋轉(zhuǎn)模式的顛覆。其掃描架內(nèi)部采用“探測器陣列群”與“掃描射線源陣列群”組合的雙環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計。24個球管均勻排列在外周形成射線源環(huán)，64個光子流探測器則位于內(nèi)周形成探測器環(huán)。射線源環(huán)在精確的曝光控制時序下輪流發(fā)射X射線，由對應(yīng)的探測器接收。通過精密時序脈沖曝光替代機械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，成功突破制約CT掃描速度的物理限制。

在臨床應(yīng)用上，相控陣CT可以為人體拍攝一張超高清的醫(yī)學(xué)影像，每張影像的像素可以由原來傳統(tǒng)CT拍攝像素的512×512提升到3072×3072。相較傳統(tǒng)螺旋CT實現(xiàn)空間分辨率提升64倍、時間分辨率提升3倍、單次掃描信息量提升144倍的突破。

“這相當于從普通望遠鏡升級到哈勃太空望遠鏡?！辈芗t光表示，“相控陣CT可以幫助醫(yī)生看到人類活體的次級肺小葉，這是人體肺部器官中最小的功能區(qū)，這也是全世界第一次利用CT設(shè)備看到的最小的單元?！?/p>

實現(xiàn)CT領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)跑

為了突破傳統(tǒng)CT在醫(yī)療影像臨床應(yīng)用上像素小的局限，納米維景突破重重難關(guān)自主研發(fā)了光子流探測器、分布式X射線源陣列、稀疏角度成像算法等關(guān)鍵技術(shù)。尤其是光子流探測器的自主設(shè)計研發(fā)，更是突破了傳統(tǒng)CT探測器依賴進口的瓶頸。

傳統(tǒng)CT的探測器是第一代積分探測器，機械掃描CT的最高端產(chǎn)品是第二代光子計數(shù)探測器。早在2012年，納米維景團隊就研發(fā)了光子計數(shù)探測器。但是無論是積分探測器，還是光子計數(shù)探測器，都無法滿足相控陣CT的需要。于是納米維景開始向難度更高的第三代探測器——光子流探測器發(fā)起了挑戰(zhàn)。

“如果說光子流探測器有上百個技術(shù)難點，一點也不為過?！辈芗t光介紹，光子流探測器難點之一就是要把感光芯片、模擬技術(shù)和數(shù)字技術(shù)三種技術(shù)融合起來。首先是把芯片從無到有地做出來，然后以此為基底進行晶體生長。僅是生長晶體這一個環(huán)節(jié)就有幾十道極具挑戰(zhàn)的工藝，需要企業(yè)自己一點點摸索。

什么樣的晶體材料適合探測器的應(yīng)用需求？這些晶體材料如何附著在芯片上？此外，生長晶體需要高精密度的設(shè)備，而這些設(shè)備也要靠企業(yè)從零開始設(shè)計……克服種種困難后，2016年初，納米維景自主研發(fā)的光子流探測器獲取了第一張X光成像圖，這一突破為后續(xù)相控陣CT的研發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。

此次相控陣CT的成功研發(fā)，標志著我國高端醫(yī)療裝備企業(yè)首次在CT關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)全面自主可控，完成了從技術(shù)追隨者到領(lǐng)跑者的歷史性跨越。而納米維景仍在為相控陣CT拍出更加清晰醫(yī)學(xué)影像的道路上不斷探索?！拔覀冋谘邪l(fā)的下一代相控陣CT，其分辨率可以達到像顯微鏡那樣的精度，幫助醫(yī)生利用CT設(shè)備就可以看到病理層面的影像?！辈芗t光表示。