CT技術(shù)發(fā)展至今，各種創(chuàng)新技術(shù)層出不窮。然而核心部件CT探測器技術(shù)一直被傳統(tǒng)GPS三家所壟斷，各自分別擁有自主新型探測器Gemstone探測器、Nano panel探測器和Stellar探測器，并憑借壟斷性技術(shù)優(yōu)勢穩(wěn)穩(wěn)占據(jù)中高端CT市場份額。

如今，全球第4家擁有自主新型探測器廠家已經(jīng)出現(xiàn)，而且還有不少顛覆傳統(tǒng)的黑科技，性能非常卓越，但是未被人們廣泛了解。本文將逐一解密其中的神奇。

一、全方位實(shí)現(xiàn)卓越圖像品質(zhì)

ScintiStar?（閃爍之星）探測器是國家十二五、十三五科技支撐項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化產(chǎn)品。

新型CT探測器需要解決傳統(tǒng)CT探測器所存在信號(hào)低、噪聲高、熱擾偽影等一些列問題，涉及閃爍體材料、ASIC芯片、及ASG等一些列關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，絕非某個(gè)局部工藝的改善。和傳統(tǒng)CT探測器比較，具有CT圖像品質(zhì)更佳、X線輻射劑量更低、無熱擾偽影和穩(wěn)定性高等優(yōu)勢。

1.1 更加豐富的圖像細(xì)節(jié)

當(dāng)一束X光通過患者后到達(dá)探測器，首先被閃爍體接收到。閃爍體材料將X光子轉(zhuǎn)換成可見光，在傳送給后面的光電二極管，從而最終轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

ScintiStar?探測器基于國際公認(rèn)頂尖科學(xué)家團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的閃爍體材料，具備業(yè)界最好的性能，尤其是ScintiStar?探測器系列中的DivineLight（神光）探測器，其各項(xiàng)性能指標(biāo)媲美寶石CT探測器，和其他探測器比較，擁有更快的可見光轉(zhuǎn)換效率，獲得更加豐富的圖像細(xì)節(jié)。

1.2 最大X線信號(hào)利用率

ScintiStar?探測器采用閃爍體和光電二極管無死區(qū)耦合設(shè)計(jì)，擁有最大的幾何效率設(shè)計(jì)，X光信號(hào)的利用率達(dá)到極限，圖像品質(zhì)進(jìn)一步提升。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)存在較大比列的死區(qū)，不僅X光信號(hào)利用率低，而且極易產(chǎn)生圖像偽影。

1.3 超性能芯片

ScintiStar?探測器在中高端CT探測器上使用了最新的256通道ASIC芯片（以前的產(chǎn)品最高位128通道），除了高集成度的優(yōu)勢外，此芯片還比以前的產(chǎn)品具有更高的計(jì)數(shù)率，更低的功耗，更低的噪音，以及更好地線性度。從而確保了系統(tǒng)的優(yōu)秀性能，包括高采樣率、高動(dòng)態(tài)范圍、以及優(yōu)秀的圖像質(zhì)量。

二、超低劑量

低劑量掃描時(shí)因X光光子數(shù)不足的情況下的圖像質(zhì)量會(huì)受到影像，探測器模塊小型化和高度集成化是改善超低劑量圖像品質(zhì)的有力手段。

1.1 探測器模塊化設(shè)計(jì)

ScintiStar?探測器采用了小型化集成化的全新思路設(shè)計(jì)，它將整個(gè)影像鏈都集成在一個(gè)體積非常小的模塊中，如下圖所示。圖中的模塊包括了防散射柵格、閃爍體陣列、光電二極管陣列、陶瓷基板、多通道連接器、以及A/D轉(zhuǎn)換電子電路板。這種一體化的設(shè)計(jì)被證明對降低電子噪音非常有效。這種效果表現(xiàn)在良好的低劑量圖像質(zhì)量上。另外這種一體化、小型化、和高度集成化的設(shè)計(jì)也對提高探測器的可靠性有很大的幫助（圖1）。

圖1 閃爍之星探測器模塊系列

1.2 穩(wěn)定可靠的低噪設(shè)計(jì)

ScintiStar?探測器為何不選擇基于TSV技術(shù)的“0噪聲”設(shè)計(jì)？

1.2.1 TSV技術(shù)獲得“0噪聲”是不可能的

在劑量非常低的情況下，電子噪聲才顯得比較重要。就探測器本身而言，噪聲的來源包括ASG的設(shè)計(jì)、閃爍材料的線性度、信號(hào)串?dāng)_、光電二極管的噪聲、ASIC芯片的噪聲、以及前端電路板的噪聲等。在通常所說的電子噪聲中，光電二極管和ASIC芯片是主要貢獻(xiàn)者。當(dāng)電子從光電二極管傳輸?shù)紸SIC芯片上要經(jīng)過一段電路，這個(gè)電路形成的電容也會(huì)制造一些噪聲，但貢獻(xiàn)非常有限。目前主流的ASIC芯片的電子噪聲約每通道1800個(gè)電子，光電二極管的電子噪聲約每通道1600個(gè)電子。光電二極管到ASIC之間的通路造成的噪聲約為800個(gè)電子，所以探測器模塊總的電子噪聲約為3000個(gè)電子左右（總噪聲的計(jì)算是各個(gè)單項(xiàng)的平方之和再開平方）。目前實(shí)測的電子噪音在2500到3000電子左右。如果不計(jì)入ASIC和光電二極管之間傳導(dǎo)的影響，電子噪聲也有2400電子左右。所以縮短這個(gè)傳導(dǎo)距離會(huì)有所降低電子噪聲，但是變化非常有限。我們當(dāng)然希望探測器的電子噪聲越低越好，但是用很小的一部分貢獻(xiàn)來引申出“0噪聲”的結(jié)論顯然是錯(cuò)誤的。

ScintiStar?探測器采用A/D電路的低噪聲設(shè)計(jì)，每通道的電子噪聲在2700電子以下，因此明峰醫(yī)療CT的圖像噪聲很低。在同等條件下測得的圖像噪聲和國際上最頂級(jí)的一家大公司的產(chǎn)品相比降低約10%。

1.2.2 犧牲了幾何效率

TSV探測器技術(shù)僅僅是ASIC和光電二極管芯片通過TSV技術(shù)焊接工藝，十幾年前已經(jīng)有這種探測器技術(shù)。在缺乏技術(shù)能力時(shí)，基于TSV技術(shù)需要在外圍留有較多的死區(qū)供切割加工用，否則會(huì)大大降低成品率；另外模塊和模塊之間的距離也比其他的“傳統(tǒng)”的設(shè)計(jì)要大。這樣將造成探測器更多死區(qū)區(qū)域，降低了探測器的幾何效率，這些額外的信號(hào)損失，對圖像信噪比有負(fù)面的影響，還容易導(dǎo)致偽影。

在CT噪聲中，量子噪聲一般占主要地位，決定了整個(gè)圖像噪聲的水平。犧牲探測器幾何效率去換取很有限的電子噪聲優(yōu)化，無異于撿了芝麻丟了西瓜。

1.2.3 需要考慮探測器的穩(wěn)定性

探測器里的主要發(fā)熱部件是ASIC芯片，一般是每個(gè)通道1.5-3毫瓦。而光電二極管對溫度的變化是非常敏感的。通常的設(shè)計(jì)中ASIC芯片和光電二極管是分開一段距離的，ASIC芯片封裝在獨(dú)立的電路板上，靠著外加的散熱片和風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，不會(huì)對光電二極管的響應(yīng)有直接影響。光電二極管的溫度可以通過溫控系統(tǒng)保持恒定，這樣就確保了圖像的穩(wěn)定性。但是TSV探測器由于ASIC芯片直接貼著光電二極管發(fā)熱，雖然可以采取一些方法制冷，但是不容易保持光電二極管的溫度恒定，這就決定了探測器的穩(wěn)定性比較差，圖像質(zhì)量在使用過程中容易漂移或產(chǎn)生偽影。如果使用效果比較好的水冷，雖然對溫度的恒定有幫助，但使得整個(gè)系統(tǒng)更加復(fù)雜，漏水的風(fēng)險(xiǎn)較大，成本提高。

ScintiStar?探測器的溫度控制精度達(dá)到了0.5度，這種高精度的溫度控制是得探測器對環(huán)境的變化不敏感。明峰醫(yī)療的電路板設(shè)計(jì)從接地和電磁屏蔽方面都做足了功課，最后的測試表明啟明探測器對環(huán)境的電磁輻射和電源的波動(dòng)均不敏感，探測器可以長時(shí)間處于非常穩(wěn)定的狀態(tài)，保持了機(jī)器長時(shí)間掃描狀態(tài)下的圖像質(zhì)量穩(wěn)定一致（圖2）。

圖2 ScintiStar? 探測器超低劑量掃描圖

三、消除溫?cái)_偽影

ScintiStar?探測器模塊的邊緣通道進(jìn)行分離式的設(shè)計(jì)，使得模塊之間沒有互相干擾，大大地降低了系統(tǒng)對環(huán)境溫度的敏感性，減少了溫度變化帶來的圖像偽影。

圖3是市場上CT產(chǎn)品ASG的常規(guī)設(shè)計(jì)。在兩個(gè)模塊之間有一塊后準(zhǔn)直器的鎢片是公用的，這樣的設(shè)計(jì)所帶來的問題是當(dāng)溫度變化時(shí)，兩個(gè)模塊的熱膨脹不一致，公用的鎢片不能保證一直處于兩個(gè)模塊之間的同一個(gè)位置。這種位置的變化會(huì)帶來圖像的偽影。因此啟明探測器采取了如圖4所示的設(shè)計(jì)，將兩個(gè)模塊之間的鎢片換成兩塊分離的結(jié)構(gòu)，這樣模塊之間沒有相互干擾，可以完全消除溫度變化所帶來的圖像偽影，而這個(gè)問題一直是長期困擾業(yè)界的技術(shù)難題。明峰醫(yī)療的設(shè)計(jì)是一個(gè)有很大意義的自主創(chuàng)新（圖4）。

圖3 市場上CT 產(chǎn)品ASG 的常規(guī)設(shè)計(jì)示意圖

圖4 啟明探測器準(zhǔn)直器分離式模塊設(shè)計(jì)示意圖

四、獨(dú)有外層圖像解決方案

X光穿過前準(zhǔn)直器后在邊緣處會(huì)導(dǎo)致一定的散射，這些散射X射線通常集中在探測器的外層（譬如第1層和第64層），并導(dǎo)致圖像噪音并降低這幾層圖像的質(zhì)量。ScintiStar?探測器通過對最外層的二極管陣列進(jìn)行特殊摻雜，消除了X光照射所導(dǎo)致的噪音，率先在CT上解決了這個(gè)困擾所有廠商的問題，并降低了成本。此技術(shù)已經(jīng)申請了美國專利。

ScintiStar?探測器綜合性能已經(jīng)達(dá)到國際頂尖水平，局部關(guān)鍵技術(shù)甚至超越和顛覆了傳統(tǒng)。目前ScintiStar?探測器已經(jīng)為明峰醫(yī)療ScintCare系列各型號(hào)CT產(chǎn)品帶來了國際一流的圖像品質(zhì)。

習(xí)總書記曾強(qiáng)調(diào)：“真正的大國重器，一定要掌握在自己手里。核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)，化緣是化不來的，要靠自己拼搏?！?/p>

明報(bào)國大志，攀科技高峰！國內(nèi)有一支明峰醫(yī)療科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，他們正在朝乾夕惕地拼搏，掌握一項(xiàng)又一項(xiàng)高端醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的大國重器！