2025上海医疗器械展|光子计数探测器如何重塑CT技术版图？

在过去的半个世纪里，计算机断层扫描（CT）一直是医疗诊断领域的重要工具。2025上海医疗器械展了解到，随着光子计数探测器的出现，计算机断层扫描技术又将迎来下一次革命。

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图1：在传统的CT扫描仪中，X射线源围绕患者旋转，通过间接探测器收集数据，然后生成3D图像

在进行CT扫描时，仪器会通过X射线来生成人体的三维（3D）图像。为此，X射线管会围绕患者旋转（见图1），从不同角度拍摄多张身体部位或器官的图像。随后，由计算机生成3D图像，医生便可利用图像评估损伤情况或寻找疾病的迹象。

自20世纪70年代起，CT技术就被广泛应用于患者治疗，成为放射科医生不可或缺的工具之一。尽管该技术已成功应用多年，CT领域的研究依然至关重要。众多创新成果都在持续完善该技术。例如，探测器面积大幅增加，使一次旋转就能扫描更大范围的身体部位或整个器官，比如整个心脏。此外，扫描时间显著缩短既减少了运动伪影的影响，也提升了患者的舒适度。近年来，技术改进的主要目标集中在降低患者的辐射暴露。

X射线属于电离辐射，过高剂量甚至可能导致癌症等长期健康问题。因此，减少患者受到的辐射剂量是全社会面临的挑战，也是推动多项最新CT技术发展的动力。特别是在儿科诊疗和癌症筛查等应用中，尽可能降低每项诊断的辐射剂量就显得尤为关键。

过去20年间，全球研究人员一直致力于开发一种新方法，可以全面解决辐射暴露等多项问题，以促进CT技术的下一次革命。如今，光子计数技术日渐成熟，即将走向市场。

传统的CT技术使用的是间接探测器，X射线照射到闪烁体，并被转换成能量较低的光，然后通过光电二极管探测。光电二极管的输出信号与入射X射线的强度成正比。

而光子计数技术则基于一种完全不同的探测原理：该技术采用直接转换半导体（如碲化镉或碲锌镉），将单个X射线光子直接转换为电荷（见图2）。电子向阳极漂移，产生与入射光子能量成正比的电荷脉冲。信号生成的速度极快，使得脉冲处理电子器件能够区分单个光子并对其进行计数。

图2：X射线光子的相互作用会形成电子-空穴电荷云。在强电场作用下，电子向阳极漂移，诱发信号并被脉冲处理器捕捉

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这种探测器的灵敏度远高于传统CT。因其灵敏度更高，且所有光子对图像的贡献是相等的，根据不同的临床操作流程，患者的辐射暴露量可以减少40%到80%。光子计数技术还能提供更高的空间分辨率和对比度，帮助医生从图像中获取更多、更可靠的信息（见图3）。

图3：查看CT扫描图像

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此外，光子计数技术还有另一个显著优势：它能够提供光谱信息。由于每个脉冲都包含能量信息，探测器前端不仅可以统计穿过患者的光子数量，还能够量化这些光子的能量，并将每个光子分配到有限的几个能级中（例如5个等级）。正因如此，采用光子计数探测器的CT也被称为“光谱CT”。在随后的图像预处理阶段，这些额外的信息可以帮助区分X射线与物质相互作用的几种主要机制，从而能够更准确地量化并识别出人体内导致X射线衰减的组织。

随着光子计数技术的应用，上述优势已经可以反映到临床实践上。然而，这项技术还拥有许多其他潜在优势，预计将在未来十年内逐步实现。

其中一个例子是“K边缘”成像。得益于光子计数技术可以统计光子数量并估算其能量的特性，它能够识别和量化在衰减特性不连续的材料（即“K边缘”）。利用这些材料制成的造影剂，便可以进行针对性的诊断，例如精确量化斑块这一导致心肌梗塞的重要风险因素。

目前，对于光子计数CT各类应用正在进行广泛的研究。尽管因为涉及到药物开发、注册登记及安全性程序，普及如此先进的成像技术需要较长时间，但这也表明光子计数技术将在可预见的未来持续推动临床技术高水平发展。

此外，光子计数技术在扫描过程中会自动获取光谱信息并将其与数据一同存储。这意味着，即使在初次检查时没有意识到是否需要光谱信息，但在治疗过程中一旦需要，也可以立即提取使用这一信息。这不仅让患者省去了再次检查的成本，也避免了额外的辐射暴露。

计算机断层扫描是现代医学中最关键的成像技术之一。光子计数技术即将引领这一技术的革命，不仅能实现更高的分辨率和对比度，还能显著降低辐射暴露。

自2021年底以来，首批搭载光子计数技术的CT扫描仪已经上市。接下来，半导体制造商应肩负起使这一技术落地的重任。艾迈斯欧司朗计划借助其光子计数探测器产品，助力客户迈向CT技术革命的新纪元。