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是什么卡住了國產CT的脖子

2018-07-02
關鍵詞: CT 探測器 半導體

不知道大家在醫院就醫的時候是否有這樣的體驗:做個CT價格不菲,而且只能自費無法報銷。當你吐槽的時候,醫院或許也是無奈的:CT等高端醫學影像醫療設備,基本被國際跨國公司壟斷,設備價格動輒百萬、千萬。

設備被外國公司壟斷,價格居高不下

在國內市場上,超過80%的CT,MR,PET/CT等大型醫療產品設備都被GE、Philips、Siemens、Toshiba等少數幾家國外公司“包攬”。

與此同時,我國癌癥發生率逐年提高、冠心病患者每年以將近20%速度增加,單是兩大疾病的早發現早治療,也亟需精準、高端的醫學影像醫療設備作為依托。

而突圍之路,只有一條——就是盡快提高我國醫療設備研發水平,走醫療設備國產化之路。那么目前,我國沒有自己的CT設備嗎?

尚未掌握核心工藝,打破壟斷很困難

近年來,一些進口高端CT機通過技術創新有所突破,主要是在探測器上下足功夫。“進口的高端CT機為什么貴,一些實力雄厚的醫院購買也要掂量掂量,主要貴在探測器上。”一位醫學影像設備研發人員介紹,每個探測器單元價值幾萬元,最高端的320排CT探測器要上千萬元。

“排”是指CT掃描機探測器的陣列數,排數越多,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,探測單元還必須成矩陣地高速旋轉,速度之快就像“武功高手”能讓一個弧面圍成一個“鐵桶”,而每旋轉一圈就要從2400—9600個不同角度對心臟的投影成像,感應速度要快,才能使整個心臟的一管一脈在這個“鐵桶”里被捕捉。

工藝方面,探測器的拼接工藝要求極高,排數越多生產工藝復雜程度成倍數增加。兩個探測單元排列在一起,中間的間隙如何做到最小,多個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實驗室團隊做過一次調研顯示,在傳統醫學成像(CT、磁共振等)上,我國最早的專利比美國平均晚20年。在專利數量上,美國是我國的10倍。這意味著整個產業已經完全掌握在國外企業的手里了,所有的知識產權,所有的原創成果,所有的科研積累都在國外,中國只占很少的一部分。更現實的情況是,在這一“賽道”中,已領先發展50年的國外龍頭企業布下大量的“專利”壁壘,限制了后來者的跟隨和超越。

CT探測器材質是機密

“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光的感應力度如何,決定了探測器的好壞。”行業專家王坤說,這取決于探測器使用的感應材質。

業內一篇題為《誰是頂級CT的老大?》的文章中列舉了飛利浦、西門子等頂級醫學影像設備制造商的CT機。對于探測器選用的材質,各大國際生產企業都諱莫如深,猶如獨門機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“獨有光子晶片”。

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

探測器占據這么重要的位置,那么它的作用是什么呢?

CT設備的核心結構有哪些?

一臺CT機主要是由X線發生部分、X線檢測部分、機械運動部分、計算機部分、圖像顯示及存儲部分和工作站組成,而X線檢測部分又至關重要。

探測器

CT探測器是CT數據采集系統中的核心部件,其結構相當復雜。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換為相應的電信號。一個典型的CT探測器包括介質(如氣體、閃爍體等)、光電轉換陣列和電子學部分,此外還有準直器、電源等輔助設備。

根據材料工藝的不同,處在實用階段的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70年代末至80年代初的CT機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半導體,它有一個P-N結點,曝光時該結點允許電流通過,其前端有一光學鏡片,用來聚焦從閃爍晶體到P-N結點的入射射線。當入射射線到達結點后,產生電子空穴對,電子移動到結點的N極,空穴則相應移動到P極,產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放大器,此外,光兩極管的響應速度也相當快,一般約在0.5~250納秒之間。

不知道大家在醫院就醫的時候是否有這樣的體驗:做個CT價格不菲,而且只能自費無法報銷。當你吐槽的時候,醫院或許也是無奈的:CT等高端醫學影像醫療設備,基本被國際跨國公司壟斷,設備價格動輒百萬、千萬。

設備被外國公司壟斷,價格居高不下

在國內市場上,超過80%的CT,MR,PET/CT等大型醫療產品設備都被GE、Philips、Siemens、Toshiba等少數幾家國外公司“包攬”。

與此同時,我國癌癥發生率逐年提高、冠心病患者每年以將近20%速度增加,單是兩大疾病的早發現早治療,也亟需精準、高端的醫學影像醫療設備作為依托。

而突圍之路,只有一條——就是盡快提高我國醫療設備研發水平,走醫療設備國產化之路。那么目前,我國沒有自己的CT設備嗎?

尚未掌握核心工藝,打破壟斷很困難

近年來,一些進口高端CT機通過技術創新有所突破,主要是在探測器上下足功夫。“進口的高端CT機為什么貴,一些實力雄厚的醫院購買也要掂量掂量,主要貴在探測器上。”一位醫學影像設備研發人員介紹,每個探測器單元價值幾萬元,最高端的320排CT探測器要上千萬元。

“排”是指CT掃描機探測器的陣列數,排數越多,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,探測單元還必須成矩陣地高速旋轉,速度之快就像“武功高手”能讓一個弧面圍成一個“鐵桶”,而每旋轉一圈就要從2400—9600個不同角度對心臟的投影成像,感應速度要快,才能使整個心臟的一管一脈在這個“鐵桶”里被捕捉。

工藝方面,探測器的拼接工藝要求極高,排數越多生產工藝復雜程度成倍數增加。兩個探測單元排列在一起,中間的間隙如何做到最小,多個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實驗室團隊做過一次調研顯示,在傳統醫學成像(CT、磁共振等)上,我國最早的專利比美國平均晚20年。在專利數量上,美國是我國的10倍。這意味著整個產業已經完全掌握在國外企業的手里了,所有的知識產權,所有的原創成果,所有的科研積累都在國外,中國只占很少的一部分。更現實的情況是,在這一“賽道”中,已領先發展50年的國外龍頭企業布下大量的“專利”壁壘,限制了后來者的跟隨和超越。

CT探測器材質是機密

“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光的感應力度如何,決定了探測器的好壞。”行業專家王坤說,這取決于探測器使用的感應材質。

業內一篇題為《誰是頂級CT的老大?》的文章中列舉了飛利浦、西門子等頂級醫學影像設備制造商的CT機。對于探測器選用的材質,各大國際生產企業都諱莫如深,猶如獨門機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“獨有光子晶片”。

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

探測器占據這么重要的位置,那么它的作用是什么呢?

CT設備的核心結構有哪些?

一臺CT機主要是由X線發生部分、X線檢測部分、機械運動部分、計算機部分、圖像顯示及存儲部分和工作站組成,而X線檢測部分又至關重要。

探測器

CT探測器是CT數據采集系統中的核心部件,其結構相當復雜。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換為相應的電信號。一個典型的CT探測器包括介質(如氣體、閃爍體等)、光電轉換陣列和電子學部分,此外還有準直器、電源等輔助設備。

根據材料工藝的不同,處在實用階段的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70年代末至80年代初的CT機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半導體,它有一個P-N結點,曝光時該結點允許電流通過,其前端有一光學鏡片,用來聚焦從閃爍晶體到P-N結點的入射射線。當入射射線到達結點后,產生電子空穴對,電子移動到結點的N極,空穴則相應移動到P極,產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放大器,此外,光兩極管的響應速度也相當快,一般約在0.5~250納秒之間。


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