碲化镉助力催生全球首台光子计数CT

据近日媒体报道，西门子医疗正在德国福希海姆（Forchheim）建造一家新工厂，用于生产半导体晶体材料，总投资额高达8000万欧元（约合人民币6.4亿）。
这一半导体材料名为碲化镉，将用于光子计数CT的探测器。据介绍，西门子医疗是业界唯一一家能生产这类半导体探测器的企业，设计了制备碲化镉晶体完整的工艺流程。自然界中，碲化镉需要三百万年才能生成，在西门子医疗的探测器实验室中只需要三个月内就可以生长出纯净的晶体。

由于实现了这一材料突破，2021年11月西门子医疗才得以推出全球首台光子计数计算机断层扫描系统NAEOTOM Alpha。西门子医疗此次新建工厂，意味着其光子计数CT生产正加油提速中，市场增长可见一斑。

根据此前报道，西门子医疗从 2011 年开始与世界上为数不多掌握了最高质量晶体生长技术的公司之一——日本 Acrorad公司建立了密切的合作伙伴关系，成为了 Acrorad 的大股东。

随后西门子医疗在德国福希海姆地区，建立了一个由 Christian Schröter 博士领导的专门实验室——“晶体中心”来开发新型晶体，在那里生长的碲化镉具有 99.9999 的纯度百分比。

据介绍，由于目前位于日本地区的生产设施已达到产能极限，西门子医疗将在德国福希海姆投建新工厂，该工厂的使用面积超过9，000平方米，预计将创造100个新工作岗位，计划于2026年投入运营。

值得关注的是，这已经是三年内西门子医疗在福希海姆地区完成的第二笔重大投资。自2019年以来，西门子医疗已累计投资约500亿欧元用于扩建该基地。

西门子医疗诊断成像主管André Hartung表示：“我们将在福希海姆制造世界上第一台光子计数CT Naeotom Alpha，由于其高分辨率成像，自2021年上市以来，市场需求大幅增加。新工厂的投建旨在大幅提高晶体的生产能力，防止供应瓶颈并缩短生产时间。同时，复杂晶体的研究和开发也将在这里开展。”

2021年9月30日西门子医疗的NAEOTOM Alpha作为全球首台光子计数计算机断层扫描系统，获得了FDA批准。FDA给予最高赞誉，称光子计数是近十年来在CT领域最重大的技术进展。

那么光子计数CT的突破在哪里呢？据介绍，CT探测器的材质叫闪烁晶体，这种探测器自1995年以来就一直被沿用，也就意味着成像的分辨率不可能进一步提高，剂量也不可能再低了。

西门子从2005年开始在探测器上寻求突破，发现碲化镉和传统探测器的特性差别很大。

首先，这种半导体有一个特质，X线打在上面，直接变成电信号，不需要转化成可见光的过程，从而革新了整个影像链条。由此，X线的转化效率大幅提升，以前可能只有60%到70%，现在可以达到90%多，信噪比也大大提升。

第二，这种半导体可以区分X线的能量。因为X线是个混合能量。以前的探测器，特别难区分这个能量，但是碲化镉半导体的材质，很容易把能量里面的级别区分出来，而且还可以精确计算出每一个光子的数量。由此对CT能量学的研究就大大的提高。

原来传统的探测器都是靠人为切割出来的，叫像素。像素一般能做到0.8mm*0.8mm，就不能再小了，因为它的物理特性决定只能切割这么小，看到的病灶细节，也就只能在1个毫米左右。而碲化镉探测器，不是靠物理的切割，而是可以人为定义像素，理论上可以做到无限小。当然现实中不可能无限小，因为太小了之后，接受的X线也会变少。但是至少相比之前缩小10倍，比如以前可以分辨1平方毫米，现在就可以分辨出0.1毫米。

CT的影像质量与X射线探测器的性能密切相关。X射线转换的方法包括间接地利用光子作为中间体传输信号以及直接的X射线到电荷转换。相较于间接型X射线探测器，直接型X射线探测器具有更好的空间分辨率。

基于直接型材料的能量分辨X射线探测器主要采用了光子计数技术。光子计数X射线探测器可以将每个入射的光子作为一个独立的事件分析，能够将非常宽能谱的X射线分能区进行计数，并判断其所属的能量区间，因而具有能谱分辨能力，实现了多能谱成像，该技术被认为是未来X射线成像领域的发展方向。

目前在探测器材料方面也有几大技术路线，非晶硒、碲化镉(CdTe)、碲锌镉(CdZnTe，CZT)以及硒化镉(CdSe)等都属于直接探测材料，它们具有较高的原子序数、较大的X射线吸收系数和较高的载流子迁移率，被期望能够广泛地应用在X射线探测技术上。

GE医疗

GE医疗于2006年发布了世界上第一台使用镉基(cadmium-based)探测器的光子计数CT原型机。2020年GE医疗收购了一家专门从事研发光子计数CT硅探测器的瑞典初创公司Prismatic Sensors AB，获取了其纯硅探测器技术。

据2021年11月媒体报导，GE的光子计数CT技术已首次展开大规模临床试验，试验将由卡罗林斯卡大学医院Karolinska Institutet和MedTechLabs监督展开。

据介绍，GE的光子计数CT技术是全球首个采用了深硅探测器的光子计数CT技术。这一探测器能够在不影响计数率和光谱分辨率的同时提供出色的空间分辨率 ，发掘出光子计数CT的全部潜力。

佳能医疗

2021年9月佳能收购了加拿大锑锌镉半导体检测器模块公司Redlen Technologies，用于光子计数CT研发。

佳能董事长兼首席执行官表示，我们认为Redlen公司用于下一代光子计数CT的技术将提升CT扫描器的性能。未来，佳能医疗系统株式会社将销售这些光子计数CT扫描器，而佳能公司也将向其他CT制造商供应扫描器中的关键半导体检测器模块。这种方式的协调销售将加速在日本、欧洲、美国以及其他地区的广泛采用。我们认为光子计数CT扫描器将成为理想的诊断机器。

联影医疗

近日，联影医疗牵头的“十四五”国家重点研发计划“诊疗装备与生物医用材料”重点专项——光子计数能谱CT研发、磁共振引导的放疗直线加速器系统研发及临床验证项目正式启动。

由联影医疗牵头的光子计数能谱CT研发这一项目，将联合复旦大学附属中山医院、上海交通大学医学院附属瑞金医院、江苏省人民医院、吉林大学第一医院、上海交通大学附属仁济医院、哈尔滨医科大学、东南大学、陕西迪泰克新材料有限公司、辽宁省检验检测认证中心等产业上下游、高校及临床多家单位，全力推动实现光子计数探测器和关键部件国产化，填补中国在该领域的技术空白。

随着西门子医疗推出全球首台光子计数CT，光子计数CT已然成为CT发展之路的新高点，是海内外影像巨头共同追逐的目标，那么未来还有哪家企业能实现这一突破？

武汉拓材科技

专注研发、定制、生产MBE级高纯半导体材料，其中公司主打的单质高纯碲、高纯镉产品作为生产碲化镉、碲锌镉等探测材料的直接原材料纯度高达99.999995%，碲化镉、碲锌镉等化合物产品纯度达到99.99999%，公司产品质量不仅通过第三方国际权威检测机构的检测认证，且获得国内外终端客户的一致认可。

武汉拓材科技坚持全面提高研发、生产运营能力，始终致力于给客户提供更加优质的产品和服务，为促进半导体产业的革命性发展创造更多价值！