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醫(yī)械創(chuàng)新資訊
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6.4億，西門子醫(yī)療加碼光子計(jì)數(shù)CT

日期:2023-05-31
瀏覽量：2393

據(jù)近日媒體報(bào)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(chǎn)半導(dǎo)體晶體材料，總投資額高達(dá)8000萬歐元（約合人民幣6.4億）。
這一半導(dǎo)體材料名為碲化鎘，將用于光子計(jì)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(chǎn)這類半導(dǎo)體探測器的企業(yè)，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室中只需要三個(gè)月內(nèi)就可以生長出純凈的晶體。
由于實(shí)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(jì)數(shù)計(jì)算機(jī)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(jì)數(shù)CT生產(chǎn)正加油提速中，市場增長可見一斑。
01
日本工廠達(dá)產(chǎn)能極限
500億歐元擴(kuò)建歐洲基地
根據(jù)此前報(bào)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(zhì)量晶體生長技術(shù)的公司之一——日本 Acrorad公司建立了密切的合作伙伴關(guān)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(gè)由 Christian Schr?ter 博士領(lǐng)導(dǎo)的專門實(shí)驗(yàn)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(chǎn)設(shè)施已達(dá)到產(chǎn)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(yù)計(jì)將創(chuàng)造100個(gè)新工作崗位，計(jì)劃于2026年投入運(yùn)營。
值得關(guān)注的是，這已經(jīng)是三年內(nèi)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(jì)投資約500億歐元用于擴(kuò)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(jì)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(chǎn)能力，防止供應(yīng)瓶頸并縮短生產(chǎn)時(shí)間。同時(shí)，復(fù)雜晶體的研究和開發(fā)也將在這里開展?！?/span>
02
半導(dǎo)體革命
催生全球首臺光子計(jì)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(jì)數(shù)計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)，獲得了FDA批準(zhǔn)。FDA給予最高贊譽(yù)，稱光子計(jì)數(shù)是近十年來在CT領(lǐng)域最重大的技術(shù)進(jìn)展。
那么光子計(jì)數(shù)CT的最大突破在哪里呢？據(jù)介紹，CT探測器的材質(zhì)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(jìn)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(dǎo)體有一個(gè)特質(zhì)，X線打在上面，直接變成電信號，不需要轉(zhuǎn)化成可見光的過程，從而革新了整個(gè)影像鏈條。由此，X線的轉(zhuǎn)化效率大幅提升，以前可能只有60%到70%，現(xiàn)在可以達(dá)到90%多，信噪比也大大提升。
第二，這種半導(dǎo)體可以區(qū)分X線的能量。因?yàn)閄線是個(gè)混合能量。以前的探測器，特別難區(qū)分這個(gè)能量，但是碲化鎘半導(dǎo)體的材質(zhì)，很容易把能量里面的級別區(qū)分出來，而且還可以精確計(jì)算出每一個(gè)光子的數(shù)量。由此對CT能量學(xué)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?yàn)樗奈锢硖匦詻Q定只能切割這么小，看到的病灶細(xì)節(jié)，也就只能在1個(gè)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(dāng)然現(xiàn)實(shí)中不可能無限小，因?yàn)樘×酥螅邮艿腦線也會(huì)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。
03
光子計(jì)數(shù)未來CT發(fā)展方向
CT的影像質(zhì)量與X射線探測器的性能密切相關(guān)。X射線轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jì)數(shù)技術(shù)。光子計(jì)數(shù)X射線探測器可以將每個(gè)入射的光子作為一個(gè)獨(dú)立的事件分析，能夠?qū)⒎浅捘茏V的X射線分能區(qū)進(jìn)行計(jì)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(shí)現(xiàn)了多能譜成像，該技術(shù)被認(rèn)為是未來X射線成像領(lǐng)域的發(fā)展方向。
目前在探測器材料方面也有幾大技術(shù)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(yīng)用在X射線探測技術(shù)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(jì)數(shù)CT原型機(jī)。2020年GE醫(yī)療收購了一家專門從事研發(fā)光子計(jì)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(shù)。
據(jù)2021年11月媒體報(bào)導(dǎo)，GE的光子計(jì)數(shù)CT技術(shù)已首次展開大規(guī)模臨床試驗(yàn)，試驗(yàn)將由卡羅林斯卡大學(xué)醫(yī)院Karolinska Institutet和MedTechLabs監(jiān)督展開。
據(jù)介紹，GE的光子計(jì)數(shù)CT技術(shù)是全球首個(gè)采用了深硅探測器的光子計(jì)數(shù)CT技術(shù)。這一探測器能夠在不影響計(jì)數(shù)率和光譜分辨率的同時(shí)提供出色的空間分辨率 ，發(fā)掘出光子計(jì)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(dǎo)體檢測器模塊公司Redlen Technologies，用于光子計(jì)數(shù)CT研發(fā)。
佳能董事長兼首席執(zhí)行官表示，我們認(rèn)為Redlen公司用于下一代光子計(jì)數(shù)CT的技術(shù)將提升CT掃描器的性能。未來，佳能醫(yī)療系統(tǒng)株式會(huì)社將銷售這些光子計(jì)數(shù)CT掃描器，而佳能公司也將向其他CT制造商供應(yīng)掃描器中的關(guān)鍵半導(dǎo)體檢測器模塊。這種方式的協(xié)調(diào)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(rèn)為光子計(jì)數(shù)CT掃描器將成為理想的診斷機(jī)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“診療裝備與生物醫(yī)用材料”重點(diǎn)專項(xiàng)——光子計(jì)數(shù)能譜CT研發(fā)、磁共振引導(dǎo)的放療直線加速器系統(tǒng)研發(fā)及臨床驗(yàn)證項(xiàng)目正式啟動(dòng)。
由聯(lián)影醫(yī)療牽頭的光子計(jì)數(shù)能譜CT研發(fā)這一項(xiàng)目，將聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院、江蘇省人民醫(yī)院、吉林大學(xué)第一醫(yī)院、上海交通大學(xué)附屬仁濟(jì)醫(yī)院、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)、東南大學(xué)、陜西迪泰克新材料有限公司、遼寧省檢驗(yàn)檢測認(rèn)證中心等產(chǎn)業(yè)上下游、高校及臨床多家單位，全力推動(dòng)實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)探測器和關(guān)鍵部件國產(chǎn)化，填補(bǔ)中國在該領(lǐng)域的技術(shù)空白。

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