来源：器械之家
2021年11月5日，在上海开幕的第四届进博会上，西门子医疗的全球首款获批FDA的半导体探测器光子计数CT技术在中国完成全球同步首秀。
通过全新的材料碲化镉晶体制成的半导体探测器，光子计数可以直接读取每一个X光子，最大程度还原了物质的本真。
西门子医疗光子计数的探测器材料——碲化镉
而西门子医疗是业界唯一一家能生产这类半导体探测器的企业，设计了制备碲化镉晶体完整的工艺流程。自然界中，碲化镉需要三百万年才能生成，在西门子医疗的探测器实验室中只需要三个月内就可以生长出纯净的晶体。
9月30日西门子医疗的NAEOTOM Alpha作为全球首台光子计数计算机断层扫描系统，获得了FDA批准。FDA给予最高赞誉，称光子计数是近十年来在CT领域最重大的技术进展。
在此次进博会的媒体群访环节，西门子医疗大中华区影像诊断系统副总裁黄毅就光子CT做了详细的解答，下面就带大家来一睹为快！
01
西门子医疗黄毅
解读光子计数CT技术
光子计数CT，算是CT类的变革。这个CT未来会实现怎样的效果？
黄毅：70年代，第一台CT产生，到后来做到螺旋多排CT。最早的CT只能扫一层，一层层像切片一样。之后出了螺旋CT，可以直接容积扫，扫很多次，可以看人体的容积器官，比如肝脏、肺等，一层层的，效率很慢。2005年以前，CT对运动器官的扫描效果不佳，会产生运动伪影。
2005年推出了双源CT，以前转一圈，现在转半圈就可以达到，将最难的心脏成像效果解决了。2005年到现在差不多15年，之后技术上还会有一些小的变化、迭代，但是很难有再大的突破。
因为CT本身是X线成像的设备，要把X线转化成电信号，通过数学运算，呈现出图像。谁去接受X线？CT当中一个重要的元件叫探测器，探测器就相当于人的眼睛，是接受信息的。或者是像望远镜，采集信息的。它得到信息之后，再通过各种数学、物理运算，重建出图像。
CT在2005年以后，在探测器领域就没有变化。探测器的材质叫闪烁晶体，这种探测器应该是从1995年以后，大家就一直都用这样的材料。它没有变化，也就意味着成像的分辨率不可能进一步提高，剂量也不可能再低了。
西门子从2005年开始在探测器上寻求突破，能不能有一些新的材质去改变？其中，从实验室当中找各种材质。发现碲化镉和传统探测器的特性差别会很大。这种半导体有一个特质，X线打在上面，直接变成电信号，不需要转化成可见光的过程。
这把整个的影像链条完全革新了。X线直接出电信号，你可以理解原来是模拟，现在变成数字。这样一个变化带来了很大的革命，X线的转化效率高了。以前可能60%到70%，现在可以利用90%多。信噪比也比以前大大提升了，就是因为这个特质。
第二个，半导体有个特质，可以区分X线的能量。因为X线是个混合能量。日光，你拿三棱镜可以看到七种颜色，代表的着不同的波段。你看到的一是束光，但背后其实有不同的能量。以前的探测器，特别难区分这个能量，但是这个半导体的材质，很容易把能量里面的级别区分出来，而且还可以精确计算出每一个光子的数量。这里面对CT能量学的研究就大大的提高。
第三个，原来传统的探测器都是靠人为切割出来的，叫像素。像素一般能做到0.8mm*0.8mm，不能再小了，因为它的物理特性决定只能切割这么小。这里面看到的病灶细节，也就只能决定在1个毫米左右。现在半导体探测器，不是靠物理的切割了。你可以人为定义像素，理论上可以做到无限小。当然不可能无限小，因为太小了之后，接受的X线也会变少。但是至少相比之前缩小10倍，比如以前可以分辨1平方毫米，现在就可以分辨出0.1毫米。就像看手机照片，可以放大十几倍。这都是由于半导体晶体探测器带来的最重要部分。
光子计数CT上市以后，患者最直观的会有一个什么样的感受？
黄毅：患者拍片的舒适度、速度都会有所改善。以前做一次CT，得到了一个信息，经常到了另外一家医院就说对不起，我看到CT那个部位看得不是很清楚，我需要你再扫一次，这样病人在不同的医院就诊的过程中，要做两到三次CT，因为它的分辨率做得不够。
第二，光子计数CT的放射剂量要低得多。以前一次CT扫描的剂量差不多要0.1毫西弗左右，差不多十来张胸片。但是用光子计数CT扫描，放射剂量只相当于一张胸片的剂量。
另外，还有一些肿瘤，因为以前肿瘤病人经常到医院，比如先做超声，做CT，再做磁共振，要做一系列的影像检测，也许光子CT来了以后，对于某些肿瘤来说，可能用一到两个影像检测，就能够达到80%~90%的检出。
02
十年一见的重大进展
2004年，西门子与梅奥医学中心合作建立了CT临床创新中心。近十年来，该中心一直致力于探索新兴的光子计数探测器CT技术。
2014年，梅奥医学中心安装了世界上第一台能够进行人体成像的光子计数探测器CT系统。
2015年8月，这一系统首次开展了人体研究。经过三代系统的技术更新，今年4月，梅奥医学中心在新系统上进行了首次心脏扫描。最终经过十五年的潜心研发，终于在2021年光子计数技术成功面世。
梅奥诊所研究小组发表的论文显示，采用光子计数探测器之后，CT的空间分辨率得到了提高，辐射和碘造影剂的剂量要求降低了，图像噪声和伪影水平也得以降低。
扫描仪能够分辨冠状动脉壁周围腔内完整的部分，并将它们与稠密的、堵塞血液的钙化区分开，同时还克服了每次跳动时获取心脏跳动快照的额外挑战
研发了光子计数CT的Thomas Flohr教授、Björn Kreisler博士和Stefan Ulzheimer博士及其团队，凭借率先开发光子计数CT在今年9月中旬获得德国联邦总统科技创新“未来奖”提名。
03
光子计数未来CT发展方向
CT的影像质量与X射线探测器的性能密切相关。
X射线转换的方法包括间接地利用光子作为中间体传输信号以及直接的X射线到电荷转换。
相较于间接型X射线探测器，直接型X射线探测器具有更好的空间分辨率。
基于直接型材料的能量分辨X射线探测器主要采用了光子计数技术。光子计数X射线探测器可以将每个入射的光子作为一个独立的事件分析，能够将非常宽能谱的X射线分能区进行计数，并判断其所属的能量区间，因而具有能谱分辨能力，实现了多能谱成像，该技术被认为是未来X射线成像领域的发展方向。
它们不需要通过闪烁体或荧光材料将X射线转换成可见光，而是在X射线辐照到直接探测材料时产生电子—空穴对，这些电子和空穴在外加偏压电场作用下形成电流，然后电流在TFT平板或其他读出系统上积分形成储存电荷。通过设备读出电荷量，就可以知道每个点的X射线剂量。
非晶硒、碲化镉(CdTe)、碲锌镉(CdZnTe，CZT)以及硒化镉(CdSe)等都属于直接探测材料，它们具有较高的原子序数、较大的X射线吸收系数和较高的载流子迁移率，被期望能够广泛地应用在X射线探测技术上。
这些材料的厚度往往只需要毫米级，就可以完全吸收千伏级的X射线，而且没有任何的延迟或重影。
在一众杀入光子计数CT的企业中，西门子率先取得了FDA的批准，是首个将此技术商业化、成品化并投入临床获批的公司。并且是业界唯一一家能生产碲化镉半导体探测器的企业，设计了制备碲化镉晶体完整的工艺流程，显示出了强大的创新研发能力。
临床上，光子计数CT在呈现普通CT无法成像的细微结构、一次扫描获取所有能量信息的同时，还保持着极低的辐射剂量；对心脑血管疾病的预防和诊断、肿瘤早期发现和治疗决策有着不可估量的重大意义。
西门子医疗的制造与研发也在中国落地扎根了三十年，为了进一步深入中国市场，西门子医疗结合中国市场深化合作。
2021年9月正式启用了西门子医疗上海创新中心，进一步加强与中国初创企业、大学研究人员和开发伙伴的合作。
未来西门子在中国市场的表现值得我们持续关注！
END
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