CT技術發(fā)展至今，各種創(chuàng)新技術層出不窮。然而核心部件CT探測器技術一直被傳統(tǒng)GPS三家所壟斷，各自分別擁有自主新型探測器Gemstone探測器、Nano panel探測器和Stellar探測器，并憑借壟斷性技術優(yōu)勢穩(wěn)穩(wěn)占據中高端CT市場份額。

如今，全球第4家擁有自主新型探測器廠家已經出現，而且還有不少顛覆傳統(tǒng)的黑科技，性能非常卓越，但是未被人們廣泛了解。本文將逐一解密其中的神奇。

一、全方位實現卓越圖像品質

ScintiStar?（閃爍之星）探測器是國家十二五、十三五科技支撐項目成果轉化產品。

新型CT探測器需要解決傳統(tǒng)CT探測器所存在信號低、噪聲高、熱擾偽影等一些列問題，涉及閃爍體材料、ASIC芯片、及ASG等一些列關鍵技術的研發(fā)，絕非某個局部工藝的改善。和傳統(tǒng)CT探測器比較，具有CT圖像品質更佳、X線輻射劑量更低、無熱擾偽影和穩(wěn)定性高等優(yōu)勢。

1.1 更加豐富的圖像細節(jié)

當一束X光通過患者后到達探測器，首先被閃爍體接收到。閃爍體材料將X光子轉換成可見光，在傳送給后面的光電二極管，從而最終轉換成電信號。

ScintiStar?探測器基于國際公認頂尖科學家團隊自主研發(fā)的閃爍體材料，具備業(yè)界最好的性能，尤其是ScintiStar?探測器系列中的DivineLight（神光）探測器，其各項性能指標媲美寶石CT探測器，和其他探測器比較，擁有更快的可見光轉換效率，獲得更加豐富的圖像細節(jié)。

1.2 最大X線信號利用率

ScintiStar?探測器采用閃爍體和光電二極管無死區(qū)耦合設計，擁有最大的幾何效率設計，X光信號的利用率達到極限，圖像品質進一步提升。而傳統(tǒng)設計存在較大比列的死區(qū)，不僅X光信號利用率低，而且極易產生圖像偽影。

1.3 超性能芯片

ScintiStar?探測器在中高端CT探測器上使用了最新的256通道ASIC芯片（以前的產品最高位128通道），除了高集成度的優(yōu)勢外，此芯片還比以前的產品具有更高的計數率，更低的功耗，更低的噪音，以及更好地線性度。從而確保了系統(tǒng)的優(yōu)秀性能，包括高采樣率、高動態(tài)范圍、以及優(yōu)秀的圖像質量。

二、超低劑量

低劑量掃描時因X光光子數不足的情況下的圖像質量會受到影像，探測器模塊小型化和高度集成化是改善超低劑量圖像品質的有力手段。

1.1 探測器模塊化設計

ScintiStar?探測器采用了小型化集成化的全新思路設計，它將整個影像鏈都集成在一個體積非常小的模塊中，如下圖所示。圖中的模塊包括了防散射柵格、閃爍體陣列、光電二極管陣列、陶瓷基板、多通道連接器、以及A/D轉換電子電路板。這種一體化的設計被證明對降低電子噪音非常有效。這種效果表現在良好的低劑量圖像質量上。另外這種一體化、小型化、和高度集成化的設計也對提高探測器的可靠性有很大的幫助（圖1）。

圖1 閃爍之星探測器模塊系列

1.2 穩(wěn)定可靠的低噪設計

ScintiStar?探測器為何不選擇基于TSV技術的“0噪聲”設計？

1.2.1 TSV技術獲得“0噪聲”是不可能的

在劑量非常低的情況下，電子噪聲才顯得比較重要。就探測器本身而言，噪聲的來源包括ASG的設計、閃爍材料的線性度、信號串擾、光電二極管的噪聲、ASIC芯片的噪聲、以及前端電路板的噪聲等。在通常所說的電子噪聲中，光電二極管和ASIC芯片是主要貢獻者。當電子從光電二極管傳輸到ASIC芯片上要經過一段電路，這個電路形成的電容也會制造一些噪聲，但貢獻非常有限。目前主流的ASIC芯片的電子噪聲約每通道1800個電子，光電二極管的電子噪聲約每通道1600個電子。光電二極管到ASIC之間的通路造成的噪聲約為800個電子，所以探測器模塊總的電子噪聲約為3000個電子左右（總噪聲的計算是各個單項的平方之和再開平方）。目前實測的電子噪音在2500到3000電子左右。如果不計入ASIC和光電二極管之間傳導的影響，電子噪聲也有2400電子左右。所以縮短這個傳導距離會有所降低電子噪聲，但是變化非常有限。我們當然希望探測器的電子噪聲越低越好，但是用很小的一部分貢獻來引申出“0噪聲”的結論顯然是錯誤的。

ScintiStar?探測器采用A/D電路的低噪聲設計，每通道的電子噪聲在2700電子以下，因此明峰醫(yī)療CT的圖像噪聲很低。在同等條件下測得的圖像噪聲和國際上最頂級的一家大公司的產品相比降低約10%。

1.2.2 犧牲了幾何效率

TSV探測器技術僅僅是ASIC和光電二極管芯片通過TSV技術焊接工藝，十幾年前已經有這種探測器技術。在缺乏技術能力時，基于TSV技術需要在外圍留有較多的死區(qū)供切割加工用，否則會大大降低成品率；另外模塊和模塊之間的距離也比其他的“傳統(tǒng)”的設計要大。這樣將造成探測器更多死區(qū)區(qū)域，降低了探測器的幾何效率，這些額外的信號損失，對圖像信噪比有負面的影響，還容易導致偽影。

在CT噪聲中，量子噪聲一般占主要地位，決定了整個圖像噪聲的水平。犧牲探測器幾何效率去換取很有限的電子噪聲優(yōu)化，無異于撿了芝麻丟了西瓜。

1.2.3 需要考慮探測器的穩(wěn)定性

探測器里的主要發(fā)熱部件是ASIC芯片，一般是每個通道1.5-3毫瓦。而光電二極管對溫度的變化是非常敏感的。通常的設計中ASIC芯片和光電二極管是分開一段距離的，ASIC芯片封裝在獨立的電路板上，靠著外加的散熱片和風扇進行冷卻，不會對光電二極管的響應有直接影響。光電二極管的溫度可以通過溫控系統(tǒng)保持恒定，這樣就確保了圖像的穩(wěn)定性。但是TSV探測器由于ASIC芯片直接貼著光電二極管發(fā)熱，雖然可以采取一些方法制冷，但是不容易保持光電二極管的溫度恒定，這就決定了探測器的穩(wěn)定性比較差，圖像質量在使用過程中容易漂移或產生偽影。如果使用效果比較好的水冷，雖然對溫度的恒定有幫助，但使得整個系統(tǒng)更加復雜，漏水的風險較大，成本提高。

ScintiStar?探測器的溫度控制精度達到了0.5度，這種高精度的溫度控制是得探測器對環(huán)境的變化不敏感。明峰醫(yī)療的電路板設計從接地和電磁屏蔽方面都做足了功課，最后的測試表明啟明探測器對環(huán)境的電磁輻射和電源的波動均不敏感，探測器可以長時間處于非常穩(wěn)定的狀態(tài)，保持了機器長時間掃描狀態(tài)下的圖像質量穩(wěn)定一致（圖2）。

圖2 ScintiStar? 探測器超低劑量掃描圖

三、消除溫擾偽影

ScintiStar?探測器模塊的邊緣通道進行分離式的設計，使得模塊之間沒有互相干擾，大大地降低了系統(tǒng)對環(huán)境溫度的敏感性，減少了溫度變化帶來的圖像偽影。

圖3是市場上CT產品ASG的常規(guī)設計。在兩個模塊之間有一塊后準直器的鎢片是公用的，這樣的設計所帶來的問題是當溫度變化時，兩個模塊的熱膨脹不一致，公用的鎢片不能保證一直處于兩個模塊之間的同一個位置。這種位置的變化會帶來圖像的偽影。因此啟明探測器采取了如圖4所示的設計，將兩個模塊之間的鎢片換成兩塊分離的結構，這樣模塊之間沒有相互干擾，可以完全消除溫度變化所帶來的圖像偽影，而這個問題一直是長期困擾業(yè)界的技術難題。明峰醫(yī)療的設計是一個有很大意義的自主創(chuàng)新（圖4）。

圖3 市場上CT 產品ASG 的常規(guī)設計示意圖

圖4 啟明探測器準直器分離式模塊設計示意圖

四、獨有外層圖像解決方案

X光穿過前準直器后在邊緣處會導致一定的散射，這些散射X射線通常集中在探測器的外層（譬如第1層和第64層），并導致圖像噪音并降低這幾層圖像的質量。ScintiStar?探測器通過對最外層的二極管陣列進行特殊摻雜，消除了X光照射所導致的噪音，率先在CT上解決了這個困擾所有廠商的問題，并降低了成本。此技術已經申請了美國專利。

ScintiStar?探測器綜合性能已經達到國際頂尖水平，局部關鍵技術甚至超越和顛覆了傳統(tǒng)。目前ScintiStar?探測器已經為明峰醫(yī)療ScintCare系列各型號CT產品帶來了國際一流的圖像品質。

習總書記曾強調：“真正的大國重器，一定要掌握在自己手里。核心技術、關鍵技術，化緣是化不來的，要靠自己拼搏?！?/p>

明報國大志，攀科技高峰！國內有一支明峰醫(yī)療科學家團隊，他們正在朝乾夕惕地拼搏，掌握一項又一項高端醫(yī)學影像領域的大國重器！