不知道大家在醫(yī)院就醫(yī)的時(shí)候是否有這樣的體驗(yàn)：做個(gè)CT價(jià)格不菲，而且只能自費(fèi)無法報(bào)銷。當(dāng)你吐槽的時(shí)候，醫(yī)院或許也是無奈的：CT等高端醫(yī)學(xué)影像醫(yī)療設(shè)備，基本被國際跨國公司壟斷，設(shè)備價(jià)格動(dòng)輒百萬、千萬。

設(shè)備被外國公司壟斷，價(jià)格居高不下

在國內(nèi)市場上，超過80％的CT，MR，PET／CT等大型醫(yī)療產(chǎn)品設(shè)備都被GE、Philips、Siemens、Toshiba等少數(shù)幾家國外公司“包攬”。

與此同時(shí)，我國癌癥發(fā)生率逐年提高、冠心病患者每年以將近20％速度增加，單是兩大疾病的早發(fā)現(xiàn)早治療，也亟需精準(zhǔn)、高端的醫(yī)學(xué)影像醫(yī)療設(shè)備作為依托。

而突圍之路，只有一條——就是盡快提高我國醫(yī)療設(shè)備研發(fā)水平，走醫(yī)療設(shè)備國產(chǎn)化之路。那么目前，我國沒有自己的CT設(shè)備嗎？

尚未掌握核心工藝，打破壟斷很困難

近年來，一些進(jìn)口高端CT機(jī)通過技術(shù)創(chuàng)新有所突破，主要是在探測器上下足功夫?！斑M(jìn)口的高端CT機(jī)為什么貴，一些實(shí)力雄厚的醫(yī)院購買也要掂量掂量，主要貴在探測器上?！币晃会t(yī)學(xué)影像設(shè)備研發(fā)人員介紹，每個(gè)探測器單元價(jià)值幾萬元，最高端的320排CT探測器要上千萬元。

“排”是指CT掃描機(jī)探測器的陣列數(shù)，排數(shù)越多，探測器寬度越寬，一次掃描完成的寬度也就越大。如果CT探測器配備了320排探測單元，每排0．5毫米，一次掃描就可覆蓋正常成年人的心臟。

在接收X射線的同時(shí)，探測單元還必須成矩陣地高速旋轉(zhuǎn)，速度之快就像“武功高手”能讓一個(gè)弧面圍成一個(gè)“鐵桶”，而每旋轉(zhuǎn)一圈就要從2400—9600個(gè)不同角度對心臟的投影成像，感應(yīng)速度要快，才能使整個(gè)心臟的一管一脈在這個(gè)“鐵桶”里被捕捉。

工藝方面，探測器的拼接工藝要求極高，排數(shù)越多生產(chǎn)工藝復(fù)雜程度成倍數(shù)增加。兩個(gè)探測單元排列在一起，中間的間隙如何做到最小，多個(gè)單元如何排列才能讓探測器單位面積上接收到X光的效率最高，這些都是工藝上要考慮的問題。

中科院分子影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)做過一次調(diào)研顯示，在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像（CT、磁共振等）上，我國最早的專利比美國平均晚20年。在專利數(shù)量上，美國是我國的10倍。這意味著整個(gè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)完全掌握在國外企業(yè)的手里了，所有的知識產(chǎn)權(quán)，所有的原創(chuàng)成果，所有的科研積累都在國外，中國只占很少的一部分。更現(xiàn)實(shí)的情況是，在這一“賽道”中，已領(lǐng)先發(fā)展50年的國外龍頭企業(yè)布下大量的“專利”壁壘，限制了后來者的跟隨和超越。

CT探測器材質(zhì)是機(jī)密

“X光射線穿過生物體后，由探測器捕捉。探測器捕捉靈敏度如何，單位面積上能獲得X光的感應(yīng)力度如何，決定了探測器的好壞?！毙袠I(yè)專家王坤說，這取決于探測器使用的感應(yīng)材質(zhì)。

業(yè)內(nèi)一篇題為《誰是頂級CT的老大？》的文章中列舉了飛利浦、西門子等頂級醫(yī)學(xué)影像設(shè)備制造商的CT機(jī)。對于探測器選用的材質(zhì)，各大國際生產(chǎn)企業(yè)都諱莫如深，猶如獨(dú)門機(jī)密般以代號性詞語描述——GE將其Revolution CT的探測器晶體命名為“寶石”，而西門子則稱其為“獨(dú)有光子晶片”。

相關(guān)資料顯示，CT成像系統(tǒng)中探測器的首選方案為閃爍探測器，其中的關(guān)鍵部分是可將入射的不可見X光子轉(zhuǎn)換為可見光的閃爍晶體或熒光物質(zhì)，完成后續(xù)成像。中國閃爍晶體從業(yè)的科研人員較少，閃爍晶體方面的人才培養(yǎng)單位只有上海硅酸鹽所等個(gè)別單位，自主開發(fā)的新型閃爍晶體較少，晶體生長和性能研究方面的結(jié)合較少。

探測器占據(jù)這么重要的位置，那么它的作用是什么呢？

CT設(shè)備的核心結(jié)構(gòu)有哪些？

一臺CT機(jī)主要是由X線發(fā)生部分、X線檢測部分、機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分、計(jì)算機(jī)部分、圖像顯示及存儲部分和工作站組成，而X線檢測部分又至關(guān)重要。

探測器

CT探測器是CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的核心部件，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。它直接接收X線束穿過被照物后的光子信號，通過其自身的特性轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。一個(gè)典型的CT探測器包括介質(zhì)（如氣體、閃爍體等）、光電轉(zhuǎn)換陣列和電子學(xué)部分，此外還有準(zhǔn)直器、電源等輔助設(shè)備。

根據(jù)材料工藝的不同，處在實(shí)用階段的CT探測器大體上可以分為閃爍體探測器和氣體探測器。

20世紀(jì)70年代末至80年代初的CT機(jī)大都使用鎢酸鎘探測器，80年代至90年代初則改用閃爍晶體和高壓氙氣探測器。光兩極管探測器的主要部件是一個(gè)半導(dǎo)體，它有一個(gè)P－N結(jié)點(diǎn)，曝光時(shí)該結(jié)點(diǎn)允許電流通過，其前端有一光學(xué)鏡片，用來聚焦從閃爍晶體到P－N結(jié)點(diǎn)的入射射線。當(dāng)入射射線到達(dá)結(jié)點(diǎn)后，產(chǎn)生電子空穴對，電子移動(dòng)到結(jié)點(diǎn)的N極，空穴則相應(yīng)移動(dòng)到P極，產(chǎn)生的電流量和入射線量成正比，由于兩極管的輸出量很小，通常光兩極管探測器中還有一個(gè)放大器，此外，光兩極管的響應(yīng)速度也相當(dāng)快，一般約在0．5～250納秒之間。

固體探測器優(yōu)點(diǎn)是靈敏度較高，有較高的光子轉(zhuǎn)換效率。缺點(diǎn)是相鄰的探測器之間存在縫隙，X射線輻射的利用率相對較低；其次是晶體發(fā)光后余輝較長影響響應(yīng)函數(shù)，使高低密度交界處的圖像會產(chǎn)生拖尾偽影；最后是整個(gè)探測器陣列中的各個(gè)探測器不易做得完全一致，造成誤差影響成像質(zhì)量。

最新的固體探測器是采用兩種新型的閃爍晶體材料耦合光兩極管做成，它們分別是鎢酸鈣和高純度的、稀土氧化物陶瓷。稀土氧化陶瓷實(shí)際上是摻雜了一些像釔、釓之類金屬元素的超快速氧化陶瓷，其采用光學(xué)方法使這些材料和光兩極管結(jié)合在一起。鎢酸鈣的轉(zhuǎn)換效率和光子俘獲能力是99％，動(dòng)態(tài)范圍為1 000 000：1；而氧化稀土陶瓷的吸收效率也是99％，閃爍晶體的發(fā)光率卻是鎢酸鈣的三倍。目前最先進(jìn)的多層螺旋機(jī)的探測器都采用后一類超快速稀土陶瓷材料做成。

第三代CT掃描機(jī)和部分廠家的螺旋CT掃描機(jī)曾采用了氣體探測器。氣體探測器多采用氙氣，利用氣體電離的原理，入射的X射線使氣體產(chǎn)生電離，然后測量電流的大小測得入射X射線的強(qiáng)度。氣體探測器通常做成一個(gè)密封的電離室，密封的氣室內(nèi)被加入約30個(gè)大氣壓，以增加氣體分子的電離，電離室的上下夾面由陶瓷拼成，每個(gè)電離室兩側(cè)用薄鎢片構(gòu)成，中心收集電極也由鎢片構(gòu)成，而X射線入射面由薄鋁片構(gòu)成，所有的分隔相互聯(lián)通。電離室內(nèi)充滿氙氣，當(dāng)入射X射線進(jìn)入電離室后使氙氣電離，其正電離子由中心收集電極接收，通過前置放大器放大后送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電離室側(cè)面的鎢片對X射線有準(zhǔn)直作用，可防止被檢測物體產(chǎn)生的散射線進(jìn)入電離室。研究發(fā)現(xiàn)，增加氣室的深度可提高電離的效率，如深度為一英寸的電離室的電離效率是36％，而深度增加為二英寸，則電離效率可提高到42％?？傮w來說，氣體探測器的穩(wěn)定性好、響應(yīng)時(shí)間快、無余輝產(chǎn)生。然而，氣體探測器的光子轉(zhuǎn)換效率比固體探測器要低，采用高壓氙氣可提高一些，又因?yàn)闅怏w探測器電離室的間隔為很薄的鎢片，其幾何利用率高于固體探測器，因此氣體探測器與鍺酸鉍、鎢酸鎘做成的固體探測器的總劑量效率大致上相近，約在50％～70％。另外，氣體探測器的各電離室相互聯(lián)通，處于同一環(huán)境條件，有較好的一致性。氣體探測器的主要缺點(diǎn)是吸收效率較低。

模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器

模數(shù)轉(zhuǎn)換器是CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（Data Acquisition System，DAS）的主要組成部分。CT最初探測到的模擬信號是連續(xù)的隨時(shí)間變化而不斷變化，它可由電壓表讀取或由示波器顯示，但無法被計(jì)算機(jī)識別。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用是將來自探測器的輸出信號放大、積分后多路混合變?yōu)?a target="_blank">數(shù)字信號送入計(jì)算機(jī)處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換器由一個(gè)頻率發(fā)生器和比較積分器組成，后者是一組固態(tài)電路，被稱為“時(shí)鐘”，它的作用是把模擬信號通過比較積分后轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。同樣數(shù)模轉(zhuǎn)化器是上述的逆向運(yùn)算，它的“時(shí)鐘”電路根據(jù)輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號。

談及轉(zhuǎn)換器，首先不得不提的是TI（德州儀器），早在2006年，TI就已經(jīng)推出了20位、32通道的電流輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC232，該款器件將電流至電壓轉(zhuǎn)換與A／D轉(zhuǎn)換相結(jié)合，以便32位獨(dú)立式低電平電流輸出器件（例如光電二極管）可以直接連接到它的輸出端和實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。在此之前TI類似的產(chǎn)品有雙電流輸入 20 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC112、DDC114和八路電流輸入20位模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC118。但之后TI電流轉(zhuǎn)換器件的推出略顯乏力，在2008年推出了一款16位、16通道電流輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器DDC316。

另外一個(gè)不得不提的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器廠商就是亞德諾半導(dǎo)體（ADI）了。代表產(chǎn)品之一是ADAS1128，它可替代以前較低通道集成度的轉(zhuǎn)換器，它在一平方厘米的單芯片上集成了一個(gè)24位分辨率ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）、128個(gè)同步采樣的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器通道（可選的采樣率最高達(dá)20kSPS）、片上溫度傳感器和參考緩沖器。除了通道數(shù)提高四倍以外，與目前市場上的任何一種解決方案相比，ADAS1128還可提供3倍以上的吞吐量。在全速狀態(tài)下，ADAS1128消耗的功率（4．5毫瓦／通道）不到其它解決方案（10毫瓦／通道）的一半。它還可以提供優(yōu)越的整體性能規(guī)格，如無電荷損失、更多的滿量程范圍選擇和超低噪聲（對低劑量X射線系統(tǒng)來說可降到0．4 fC）。如果單以性能最為接近的DDC232做比較，作為后來者的ADAS1128仍頗具競爭力。

我國CT機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

我國生產(chǎn)CT機(jī)的企業(yè)主要有沈陽東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司、上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司、深圳安科高技術(shù)股份有限公司、明峰醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司等。東軟醫(yī)療從1998年自主研發(fā)了我國第一臺國產(chǎn)CT機(jī)至今已近20年的發(fā)展歷史，目前在我國國產(chǎn)CT的研發(fā)中仍處于領(lǐng)先地位，2012年其自主研發(fā)的中國首臺64層螺旋CT成功問世，2015年，NeuViz 128排螺旋CT獲得CFDA、FDA、CE等多方認(rèn)證。128排CT也是目前國產(chǎn)CT的最高水平。上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司是近幾年發(fā)展起來的公司，引進(jìn)了大量的國外高尖端人才致力于CT技術(shù)的開發(fā)，在16排CT產(chǎn)品推出一年內(nèi)直接跨越式推出128排CT。深圳安科和明峰醫(yī)療目前已上市產(chǎn)品為16排CT，正致力于64排CT的研發(fā)和注冊階段。

目前國外廠商掌握的CT核心技術(shù)不斷進(jìn)步，而尚沒有CT機(jī)的替代技術(shù)出現(xiàn)。唯一的出路就是發(fā)展國產(chǎn)CT機(jī)。就目前的技術(shù)水平發(fā)展的差距來看，我國國產(chǎn)化CT機(jī)的發(fā)展仍任重而道遠(yuǎn)。