光子计数：颠覆CT检查的前沿技术

忠信

光子计数探测器在光子水平上对X射线的能量进行识别和计数，在患者检查时，可提高空间分辨率并降低辐射剂量。


计算机断层扫描（CT）的历史充满创新。在过去50多年中有许多技术改进，但最新的光子计数探测器(PCDs)可谓是CT检查中最具开创性的技术。这些新型装置可在光子水平上对X射线的能量进行识别和计数，在患者检查时，可提高空间分辨率并降低辐射剂量。



作为CT和数字X射线传感器解决方案的领军者，艾迈斯欧司朗为医疗设备制造商提供先进的成像组件。艾迈斯欧司朗BL混合信号产品的系统解决方案工程主管Roger Steadman是著名的CT专家，他见证了该行业20多年来的诸多发展。
每当需要对骨折、肿胀或任何其他结构变化或症状进行检查和诊断时，最常用的检查方法就是CT。Roger，你能详细介绍一下这种方法吗？
计算机断层扫描是一项广为人知的技术，问世至今已有50多年。这是一种特殊类型的X射线检查，可以捕获人体的三维影像。借助绕着身体旋转的X射线管，人体某一区域或特定器官的数千张图像被拍摄下来，然后合并成一份三维影像。


1990年至2013年间，各项进步和发展使 CT发生了革命性变化，特别是在“层竞赛”（slice race）中，供应商竞相将探测器做得越来越大，目的是通过单轮扫描覆盖整个器官（如心脏）。从那时起，人们投入了大量的时间和精力，包括开发具有更好图像质量和重建算法的探测器，以降低患者接受的X射线剂量。 


Q：在你的职业生涯中多次见证了CT的革新。为什么你认为光子计数与众不同？
A：光子计数将有助于克服当今社会的一个重要挑战。在过去数年中，该领域的每位科学家和专家都致力于降低患者接受的辐射剂量，并利用额外的信息来提高早期诊断能力。光子计数的应用如同黑白电视跨越到彩色电视，因为这种技术提供了额外的信息，有助于更好地进行诊断。该技术还可以在显著降低辐射剂量的情况下实现更高的分辨率。根据不同临床方案，结合许多其他因素，光子计数技术能够降低40%至80%的X射线辐射剂量。
光子计数还致力于利用光子的特定能量信息，实现体内多种组织的同时鉴别及定量分析。我很高兴看到多年研究的技术终于被应用到产品中，2021年首批经医疗认证的光子计数CT扫描仪进入市场。 


Q：你能用通俗的语言解释一下光子计数吗？
A：那我尽量通俗一些。传统CT检测到的信号与X射线光子的总能量成正比，忽略了不同身体或组织存在能量衰减不一的事实。光子计数消除了这一限制。因为光子计数技术不仅可以测量光子的数量，还可以测量这些光子的能量，因此它能够最终区分体内存在的不同物质。换句话说，光子计数提供的信息可用于鉴别未知变量，而传统CT不能。
该技术带来了除组织鉴别以外的额外优势。由于该技术下的每个单独光子对图像的贡献是相同的，光子计数也实现了图像对比度的提高。光子计数技术受到放射科医生的高度关注的另一个方面是其显著改善的空间分辨率。根据不同CT原始设备制造商的系统参数需求，配置不同传感器，光子计数CT的空间分辨率可以达到传统CT的四倍。 


Q：在你看来，是什么让艾迈斯欧司朗的方案脱颖而出？
A：我们为客户提供完整的解决方案。除了读取IC能够在极低的噪声和功耗下满足临床光子计数CT的严格要求之外，我们还以创新的可拼接系统级封装（Buttable System in Package，简称 BSIP）形式交付，将数个IC和无源器件封装于一体。BSIP具有“平铺”特性，换句话说，BSIP可以作为平铺在各个方向上延伸的组件来形成临床CT所需的大型探测器区域。这种先进的解决方案为我们的客户提供了便利的使用体验和尖端的性能表现。
半导体技术为医学成像带来了新的功能。这正是推动我们前进的动力：技术改善每个人的生活。