1965年，英特爾的首席執(zhí)行官戈登?摩爾發(fā)現(xiàn)，集成電路上可以容納的晶體管數(shù)目在大約每經(jīng)過18個月便會增加一倍。

五十年后，摩爾定律雖魔力依舊，但因為物理極限的存在，摩爾定律或許終將消逝。

螺旋CT正面臨著同樣的問題。世界上首臺螺旋CT SOMATOM Plus采集系統(tǒng)誕生于1988年，該CT一改過去平移－旋轉(zhuǎn)的方式，將掃描時間從所需的數(shù)十秒降低至0．25秒。

但在接下來的30年中，螺旋CT在基礎(chǔ)原理未變的情況下，僅經(jīng)歷了的兩次大變動。其一是采集數(shù)據(jù)的方式由單層變?yōu)槎鄬蛹皫�來的探測器寬度隨之持續(xù)增加，其二是由單球管變?yōu)殡p球管及帶來的先進能譜技術(shù)。

整個過程中，限制螺旋CT發(fā)展的物理要素始終不變——球管－探測器的轉(zhuǎn)速與探測器的寬度是其難以跨越的兩道坎。

螺旋CT逼近兩個極限

對于醫(yī)生而言，信息越是豐富，診斷越為精確。因此，從螺旋CT誕生之初，各家CT廠商便陷入了球管－探測器轉(zhuǎn)速與探測器寬度的競賽之中。不過，轉(zhuǎn)速的比拼在2010左右便已經(jīng)接近尾聲。

球管、探測器、高壓發(fā)生器等部件重量多達500公斤，在圍繞人體進行高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生極大的離心力。通常而言，CT結(jié)構(gòu)能夠承受的極限離心力是75G，而其對應的最大轉(zhuǎn)速是0．25秒／圈，時間分辨率趨于極限。

另一方面，探測器的單位像素大小和單位像素所獲得的有效信息量決定了每次拍攝CT影像的空間分辨率。探測器每一次投影收獲的像素越多，給予計算機成像的數(shù)據(jù)便越多，對應獲得的圖像也就越清晰。目前東芝旗下的320層640排CT已經(jīng)把探測器的寬度壓縮到了極致，要繼續(xù)壓縮探測器的尺寸幾乎沒有可能。

從探索未知的角度上講，螺旋CT似乎已經(jīng)走到了其能力的盡頭。如果工藝不能優(yōu)化，那么，拋棄“螺旋” 設(shè)計或是問題的唯一解法。

電子束CT的突破與遺憾

行業(yè)對于更高端CT的探索從未停止過。多層螺旋CT之前，美國的Douglas Boyd 博士曾于1983年開發(fā)出了一種名為“電子束CT”的系統(tǒng)，并由Imatron公司將其推向市場。而后，GE用了15億美金將Imatron收購，進一步推動電子束CT的研發(fā)。在CT的發(fā)展史中，電子束CT 被列為第五代CT。

電子束CT的X射線是由連續(xù)發(fā)出的電子束經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后，以此撞擊環(huán)形排列的鎢靶后產(chǎn)生，其特點在于其探測器呈環(huán)排列，可隨時接受對側(cè)發(fā)出的X射線。以這種形式進行排列，該CT掃描速度極快，可達50～100ms，對心臟、大血管的檢查有其獨到之處，幾乎不受心跳及血管搏動的影響。

然而，由于其高昂的造價和患者檢查費用；過高的維修費用，對于醫(yī)院而言，購置電子束CT遠不如螺旋CT劃算。尤其是當亞秒級掃描時間和多層螺旋能力的普通CT也可以獲得較高質(zhì)量的心臟圖像時，電子束CT的優(yōu)勢已經(jīng)全然不在。頹勢之下，GE不得不關(guān)掉了電子束CT這一產(chǎn)品線。

從長遠來看，電子束CT的原理意味著它不會遭遇螺旋CT當前面臨的兩道坎，如果能夠降低造價，它將擁有無限的潛力。

靜態(tài)CT有望成為第六代CT

時至2013年，戰(zhàn)場由美國轉(zhuǎn)向中國。擁有數(shù)十年醫(yī)學影像經(jīng)驗的曹紅光與李運祥等人在北京創(chuàng)立了納米維景，嘗試再造全新一代CT。數(shù)年沉浮后，積累了大量經(jīng)驗教訓之后的創(chuàng)始團隊逐漸探索出一條明確的道路，并將目標樹立為打造第六代CT——靜態(tài)CT。

納米維景明白，要想在大量探測器、球管的需求下實現(xiàn)靜態(tài)CT的商業(yè)化，自研是控制成本的關(guān)鍵一步。這一次，納米維景在出發(fā)前便敲定了靜態(tài)CT的構(gòu)想，從最基礎(chǔ)的核心元件造起，一步一步完成了CT芯片、探測器、閃爍體、高速窄脈沖高壓發(fā)生器等部件的研發(fā)。

七年磨一劍，2020年，由納米維景研發(fā)的世界第一臺靜態(tài)CT終于問世，并于2020RSNA首展。這臺CT被納米維景命名為“復眼24”的靜態(tài)CT第二次公開展示，則是在當下舉辦的2021CMEF之上。

與螺旋CT結(jié)構(gòu)相比，靜態(tài)CT“復眼24”創(chuàng)新性地采用了與之完全不同的雙環(huán)結(jié)構(gòu)，包括一個射線源環(huán)和一個探測器環(huán)。

射線源環(huán)由上百個獨立的射線源環(huán)狀排列，每個射線源均可獨立曝光，可支持最多6個射線源同時曝光輪流切換。此外，每個射線源的曝光時間、曝光能量都可以根據(jù)具體臨床需求進行設(shè)置，這意味著該CT將不止于適用于某一部位成像。

探測器環(huán)的特別之處在于獨有的、模塊化的光子流探測器。這款探測器有別于傳統(tǒng)螺旋CT的積分探測器，也不同于光子計數(shù)探測器。是國際上第一次將光子流概念引入到CT領(lǐng)域。納米維景自研的高度集成化的信號處理模塊可以對圖像采集進行硬件加速，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸零失真。

雙環(huán)結(jié)構(gòu)以靜止成像創(chuàng)新性地解決了以往螺旋CT設(shè)備機械旋轉(zhuǎn)速度和器件所能承受離心力的限制問題，可以輕松實現(xiàn)每秒數(shù)十圈的高速旋轉(zhuǎn)，并在掃描過程中避免了產(chǎn)生類似于螺旋CT高速旋轉(zhuǎn)帶來的拖尾效應，信息捕捉更清晰，掃描輻射量也會大幅度降低。目前，“復眼24”的探測器內(nèi)生層具備288層信號的能力。

用一句話進行簡述：靜態(tài)CT技術(shù)與頂級螺旋CT相比，其時間分辨率提高了10倍、空間分辨率提高了64倍； 并且可以實現(xiàn)多能譜成像。

據(jù)納米維景透露，“復眼24”并非靜態(tài)CT的極限。事實上，納米維景的下一代靜態(tài)CT“復眼36”正處于研發(fā)之中，新一代的產(chǎn)品中，無論是時間分辨率、空間分辨率，還是質(zhì)譜識別的元素種類，都將獲得進一步的提升。而在自研情況下，“復眼24”能夠以媲美GPS高端CT的價格走向市場。

為什么要實現(xiàn)CT的國產(chǎn)替代

顛覆式的技術(shù)路線，是一種“彎道換車”的思路。靜態(tài)CT是與螺旋CT擁有完全不同的復雜系統(tǒng)，其所需要的所有零部件都無法在市面上采購到。現(xiàn)有的國際供應鏈不能提供靜態(tài)CT所需要的芯片、探測器、閃爍體、小型陣列球管、窄脈沖高壓發(fā)生器等等核心部件。要實現(xiàn)靜態(tài)CT，就必須把這些核心部件都要一一攻破，才能實現(xiàn)這一里程碑式的創(chuàng)舉。

“中國是全球CT設(shè)備制造商數(shù)量最多的國家，但在高端球管、高端探測器等核心零部件上，卻一直依賴于美國、德國的進口。換言之，國內(nèi)企業(yè)一直缺乏獨立打造最頂尖CT的能力�！辈芗t光告訴動脈網(wǎng)�！盀榱朔乐辜夹g(shù)上被’卡脖子’，實現(xiàn)上游核心零部件的獨立自主，這是納米維景一直以來的期許，也是納米維景一直以來在做的事情�！�

因此，納米維景自創(chuàng)立以來，開始了一系列靜態(tài)CT核心部件的研發(fā)。

首先是處理X光的分割。在螺旋CT上，閃爍體通常提供的是一束完整的激光，通過網(wǎng)格切成一條一條的縫，進而實現(xiàn)像素化。由于靜態(tài)CT的像素大小大概是螺旋CT的1／64，這意味著要通過同樣的流程成像，必須將網(wǎng)格進一步精細化。

對于這個問題，納米維景透露了一種新的材料生長技術(shù)。通過這種技術(shù)，納米維景可以培養(yǎng)一種比靜態(tài)CT的像素更精細的材料，進而實現(xiàn)X光的精密分割。

其次是核心部件探測器。對于靜態(tài)CT這一理念，國際上公認其必須擁有光子計數(shù)探測器作為支持。但在納米維景看來，提取單一光子的光子計數(shù)探測器不能滿足靜態(tài)CT的要求。為此，在科技部的支持下，納米維景研發(fā)出了全球首個光子流探測器，這是打造靜態(tài)CT的關(guān)鍵。

球管更是自研的核心，涉及靜態(tài)CT的成本與其擴展性。由于靜態(tài)CT以射線源陣列輪流曝光切換替代螺旋CT旋轉(zhuǎn)，無需考慮向心力問題。因此其CT的球管圍繞人體排列，一圈可排列24個球管。

由于球管的數(shù)量與設(shè)備價格、成像質(zhì)量均為正相關(guān)，因此，要實現(xiàn)靜態(tài)CT的市場化，納米維景需要通過自研的方式降低球管成本，并盡可能將其小型化，以配置更多球管。

小型化并非易事，西門子的一款雙源CT，在置入兩個球管、兩個探測器后，CT內(nèi)部的空間便已滿滿當當，而納米維景可以將成套的球管和高壓部件排進24組，足見其設(shè)計優(yōu)勢和硬實力。

最后一個核心部件是窄脈沖高壓電源。螺旋CT的球管發(fā)射的是連續(xù)的X射線，而靜態(tài)CT沒有旋轉(zhuǎn)，必須是每個球管輪流瞬間的脈沖發(fā)射X射線，這需要通過窄脈沖快速切換技術(shù)，精準控制閃爍時間，并盡可能提升閃爍頻率。

開關(guān)二字看起來簡單，但由于射線的發(fā)射需要140kV的高壓電源作為支持，且需在數(shù)微秒級實現(xiàn)快速開關(guān)。這一項技術(shù)的成功研發(fā)，同樣為納米維景筑起極高的技術(shù)壁壘。

做完了這些，整個靜態(tài)CT的核心技術(shù)便已基本塑造完畢。但在曹紅光看來，“工匠精神”不應因為做到了核心部件的完美制造而忽視了細枝末節(jié)�！澳憧吹降拿恳粋�核心部件都是我們自己制造，我們的供應鏈是建立在國內(nèi)的，這是納米維景的堅持。”

對于靜態(tài)CT的兩個提問

CMEF是靜態(tài)CT首次在國內(nèi)亮相后，整個展廳周圍擠滿了圍觀的參會人員。但接下來，如何量產(chǎn)？如何發(fā)展？這是納米維景必須回答的兩個問題。

2020年3月，納米維景在成都開設(shè)的“靜態(tài)CT研發(fā)生產(chǎn)基地”項目正式開工，計劃建成全球首個自主研發(fā)的靜態(tài)CT生產(chǎn)線，用以解決量產(chǎn)問題。工廠建成后，納米維景將計劃實現(xiàn)年產(chǎn)量1000臺的目標。以回答市場對于量產(chǎn)的疑問。

而對于公司的未來發(fā)展，曹紅光認為，“納米維景”名字背后的故事便是其最好的答案。

“通過光學成像原理，我們能夠看到微米級的細胞，譬如，顯微鏡下，1個血細胞大概是7個微米，一個皮膚體細胞大概是12個微米。而CT是輻射成像，靠的是X光，它的波長處于0．1納米至10納米這一范圍。從理論上講，我們可以用這樣短波長識別人體更細微的結(jié)構(gòu)了。因此，如今‘復眼24’不過剛剛起步，納米級的影像才是我們的最終愿景。這便是納米維景。”

作為全新技術(shù)全新事物，目前，靜態(tài)CT處于進入商業(yè)化前的階段。國家政策支持下，超高端CT正迎來市場上升期，海內(nèi)外數(shù)千億市場加持下，作為高瓴醫(yī)療系中的一員，納米維景的未來值得期待。

作者：趙泓維