2021年11月5日，在上海開幕的第四屆進博會上，西門子醫療的全球首款獲批FDA的半導體探測器光子計數CT技術在中國完成全球同步首秀。

透過全新的材料碲化鎘晶體制成的半導體探測器，光子計數可以直接讀取每一個X光子，最大程度還原了物質的本真。

西門子醫療光子計數的探測器材料——碲化鎘

而西門子醫療是業界唯一一家能生產這類半導體探測器的企業，設計了製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，在西門子醫療的探測器實驗室中只需要三個月內就可以生長出純淨的晶體。

9月30日西門子醫療的NAEOTOM Alpha作為全球首臺光子計數計算機斷層掃描系統，獲得了FDA批准。FDA給予最高讚譽，稱光子計數是近十年來在CT領域最重大的技術進展。

在此次進博會的媒體群訪環節，西門子醫療大中華區影像診斷系統副總裁黃毅就光子CT做了詳細的解答，下面就帶大家來一睹為快！

01

西門子醫療黃毅

解讀光子計數CT技術

光子計數CT，算是CT類的變革。這個CT未來會實現怎樣的效果？

黃毅：

70年代，第一臺CT產生，到後來做到螺旋多排CT。最早的CT只能掃一層，一層層像切片一樣。之後出了螺旋CT，可以直接容積掃，掃很多次，可以看人體的容積器官，比如肝臟、肺等，一層層的，效率很慢。2005年以前，CT對運動器官的掃描效果不佳，會產生運動偽影。

2005年推出了雙源CT，以前轉一圈，現在轉半圈就可以達到，將最難的心臟成像效果解決了。2005年到現在差不多15年，之後技術上還會有一些小的變化、迭代，但是很難有再大的突破。

因為CT本身是X線成像的裝置，要把X線轉化成電訊號，透過數學運算，呈現出影象。誰去接受X線？CT當中一個重要的元件叫探測器，探測器就相當於人的眼睛，是接受資訊的。或者是像望遠鏡，採集資訊的。它得到資訊之後，再透過各種數學、物理運算，重建出影象。

CT在2005年以後，在探測器領域就沒有變化。探測器的材質叫閃爍晶體，這種探測器應該是從1995年以後，大家就一直都用這樣的材料。它沒有變化，也就意味著成像的解析度不可能進一步提高，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，能不能有一些新的材質去改變？其中，從實驗室當中找各種材質。發現碲化鎘和傳統探測器的特性差別會很大。這種半導體有一個特質，X線打在上面，直接變成電訊號，不需要轉化成可見光的過程。

這把整個的影像鏈條完全革新了。X線直接出電訊號，你可以理解原來是模擬，現在變成數字。這樣一個變化帶來了很大的革命，X線的轉化效率高了。以前可能60%到70%，現在可以利用90%多。信噪比也比以前大大提升了，就是因為這個特質。

第二個，半導體有個特質，可以區分X線的能量。因為X線是個混合能量。日光，你拿三稜鏡可以看到七種顏色，代表的著不同的波段。你看到的一是束光，但背後其實有不同的能量。以前的探測器，特別難區分這個能量，但是這個半導體的材質，很容易把能量裡面的級別區分出來，而且還可以精確計算出每一個光子的數量。這裡面對CT能量學的研究就大大的提高。

第三個，原來傳統的探測器都是靠人為切割出來的，叫畫素。畫素一般能做到0。8mm*0。8mm，不能再小了，因為它的物理特性決定只能切割這麼小。這裡面看到的病灶細節，也就只能決定在1個毫米左右。現在半導體探測器，不是靠物理的切割了。你可以人為定義畫素，理論上可以做到無限小。當然不可能無限小，因為太小了之後，接受的X線也會變少。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，現在就可以分辨出0。1毫米。就像看手機照片，可以放大十幾倍。這都是由於半導體晶體探測器帶來的最重要部分。

光子計數CT上市以後，患者最直觀的會有一個什麼樣的感受？

黃毅：

患者拍片的舒適度、速度都會有所改善。以前做一次CT，得到了一個資訊，經常到了另外一家醫院就說對不起，我看到CT那個部位看得不是很清楚，我需要你再掃一次，這樣病人在不同的醫院就診的過程中，要做兩到三次CT，因為它的解析度做得不夠。

第二，光子計數CT的放射劑量要低得多。以前一次CT掃描的劑量差不多要0。1毫西弗左右，差不多十來張胸片。但是用光子計數CT掃描，放射劑量只相當於一張胸片的劑量。

另外，還有一些腫瘤，因為以前腫瘤病人經常到醫院，比如先做超聲，做CT，再做磁共振，要做一系列的影像檢測，也許光子CT來了以後，對於某些腫瘤來說，可能用一到兩個影像檢測，就能夠達到80%~90%的檢出。

02

十年一見的重大進展

2004年，西門子與梅奧醫學中心合作建立了CT臨床創新中心。近十年來，該中心一直致力於探索新興的光子計數探測器CT技術。

2014年，梅奧醫學中心安裝了世界上第一臺能夠進行人體成像的光子計數探測器CT系統。

2015年8月，這一系統首次開展了人體研究。經過三代系統的技術更新，今年4月，梅奧醫學中心在新系統上進行了首次心臟掃描。最終經過十五年的潛心研發，終於在2021年光子計數技術成功面世。

梅奧診所研究小組發表的論文顯示，採用光子計數探測器之後，CT的空間解析度得到了提高，輻射和碘造影劑的劑量要求降低了，影象噪聲和偽影水平也得以降低。

掃描器能夠分辨冠狀動脈壁周圍腔內完整的部分，並將它們與稠密的、堵塞血液的鈣化區分開，同時還克服了每次跳動時獲取心臟跳動快照的額外挑戰

研發了光子計數CT的Thomas Flohr教授、Björn Kreisler博士和Stefan Ulzheimer博士及其團隊，憑藉率先開發光子計數CT在今年9月中旬獲得德國聯邦總統科技創新“未來獎”提名。

03

光子計數未來CT發展方向

CT的影像質量與X射線探測器的效能密切相關。

X射線轉換的方法包括間接地利用光子作為中間體傳輸訊號以及直接的X射線到電荷轉換。

相較於間接型X射線探測器，直接型X射線探測器具有更好的空間解析度。

基於直接型材料的能量分辨X射線探測器主要採用了光子計數技術。光子計數X射線探測器可以將每個入射的光子作為一個獨立的事件分析，能夠將非常寬能譜的X射線分能區進行計數，並判斷其所屬的能量區間，因而具有能譜分辨能力，實現了多能譜成像，該技術被認為是未來X射線成像領域的發展方向。

它們不需要透過閃爍體或熒光材料將X射線轉換成可見光，而是在X射線輻照到直接探測材料時產生電子—空穴對，這些電子和空穴在外加偏壓電場作用下形成電流，然後電流在TFT平板或其他讀出系統上積分形成儲存電荷。透過裝置讀出電荷量，就可以知道每個點的X射線劑量。

非晶硒、碲化鎘（CdTe）、碲鋅鎘（CdZnTe，CZT）以及硒化鎘（CdSe）等都屬於直接探測材料，它們具有較高的原子序數、較大的X射線吸收係數和較高的載流子遷移率，被期望能夠廣泛地應用在X射線探測技術上。

這些材料的厚度往往只需要毫米級，就可以完全吸收千伏級的X射線，而且沒有任何的延遲或重影。

在一眾殺入光子計數CT的企業中，西門子率先取得了FDA的批准，是首個將此技術商業化、成品化並投入臨床獲批的公司。並且是業界唯一一家能生產碲化鎘半導體探測器的企業，設計了製備碲化鎘晶體完整的工藝流程，顯示出了強大的創新研發能力。

臨床上，光子計數CT在呈現普通CT無法成像的細微結構、一次掃描獲取所有能量資訊的同時，還保持著極低的輻射劑量；對心腦血管疾病的預防和診斷、腫瘤早期發現和治療決策有著不可估量的重大意義。

西門子醫療的製造與研發也在中國落地紮根了三十年，為了進一步深入中國市場，西門子醫療結合中國市場深化合作。

2021年9月正式啟用了西門子醫療上海創新中心，進一步加強與中國初創企業、大學研究人員和開發夥伴的合作。

未來西門子在中國市場的表現值得我們持續關注！

END