一、X射线的发现

10月8日，瑞典皇家科学院宣布授予美国科学家约翰·霍普菲尔德（John Hopfield）以及加拿大学者杰弗里·辛顿（Geoffrey Hinton）2024年度诺贝尔物理学奖，以表彰他们利用人工神经网络实现机器学习的基础性发现和发明。这一消息引发了广泛热议。回到一百多年前，1901年首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴，”以表彰他发现后来以他的名字命名的非凡射线所做出的杰出贡献”。

1895年伦琴实验室中进行半球阴极射线实验，意外发现即使克鲁克斯管被黑纸包裹，实验室的荧光屏仍然发出微弱的荧光。伦琴开始系统地研究这种未知射线的性质，发现这种未知射线能够穿透木板、人体组织等许多物质，而对金属、骨骼的穿透性差。历史上第一张X射线照片就是用伦琴妻子的手拍摄出来的。由于当时尚未了解清楚这种射线的性质，伦琴将其命名为“X射线”，其中“X”表示未知，后来被广泛接受并沿用至今。伦琴没有为X射线的发现申请任何专利，他认为那是属于全人类的，理应让公众免费获得。X射线的发现为现代医学影像技术的发展奠定了基础，也推动了物理学和化学领域，特别是在原子结构和放射性方面的研究。

二、CT系统

目前应用X射线的医学影像诊断有数字X线摄影术DR、计算机断层扫描CT、血管数字减影DSA等，我们通常接触DR和CT较多。

DR（digital radiography）基于人体不同组织对于X线的吸收程度差异成像，不同部位的人体组织有密度和厚度形成明暗或黑白对比不同的影像，医生根据阴影的形态和浓淡变化等来分析是否发生病变。

CT（Computed Tomography），与DR原理相同，使用X射线束对人体进行层析扫描，并借助计算机处理产生身体内部结构的详细图像。不同的是，DR拍摄的是人体平面图像，体内器官呈现前后重叠的状态，而CT采取断层扫描，就像把面包切成薄片，解决了一部分重叠问题。

	原理	主要应用范围	优点	缺点
DR	基于人体不同组织对X射线的吸收程度差异成像	常用于骨科、呼吸系统、胸部、胃肠道等全身各部位的检查	成像速度快； 诊断价格适中； 便于临床重症、急症患者的诊治	少量电离辐射； 影像易相互重叠和隐藏，密度分辨率较低，易存在漏诊的现象
CT	同上，且利用X射线进行断层扫描	可运用于全身多部位检查，是呼吸系统疾病、腹部病变的主要检查方式，同时在中枢神经系统和心脏冠脉的检查中具有广泛的临床应用	运动伪影较小； 图像清晰，较DR检查有更高密度分辨率，病变细节显示好； 对于急诊病人能较快做出诊断	电离辐射较高；价格高于DR

资料参考：深圳安科招股说明书（申报稿）

• 操作人员通过操作台主机系统对CT扫描情况进行规划；
• 操作人员通过交互控制系统，进行受检者摆位与确认；
• 中央控制器控制机架旋转，同步进行检查床运动控制；
• 中央处理器控制系统根据扫描规划控制高压发生器启动；
• 高压发生器输出管电流与管电压给X射线高压球管，完成X射线的输出和终止；
• 探测器系统捕获穿透人体以后的X射线信号传输给数据采集系统；
• 数据采集系统收集探测器系统输出的信号，传输到重建系统，再通过操作台实现影像呈现。

CT主要由球管、高压发生器、探测器、滑环、机架等硬件与数据采集系统、图像重建系统、交互控制系统等软件集合而成，各软硬件之间通过系统集成相互连接，由计算机系统控制协调，完成X射线产生、X射线信号采集与存储、数据处理、图像重建、显示和存储等功能。

其中球管作为系统的信号源，是CT设备中的重要部件和高值耗材，发射出扇形X射线，穿过人体经衰减后的波束被探测器阵列所接收。

探测器也是CT的核心部件，负责将接收到的X射线量由光子量转化为可记录的电信号，再经模拟/数字转换器转为数字信号并输出成像，对成像质量起着重要作用。

三、CT探测器

从光子信号转换方式上看，探测器分为直接转换探测器和间接转换探测器。

间接转换探测器基本原理是X射线投射到探测器上先照射到闪烁体，闪烁体吸收X射线后以可见光的形式将能量释放出来，经过空间光路传递，由光电二极管采集并转换为电信号。内部结构主要包括闪烁体、传感器及读出电路、外围控制电路等。目前，常用的闪烁体材料主要有碘化铯（CsI）和硫氧化钆（GOS）。间接转换探测器是市场的主流应用。

直接转换探测器基本原理是X射线投射到探测器上，光导半导体材料采集到X射线光子后，直接将X射线强度分布转换为电信号，内部结构主要包括传感器及读出电路、外围控制电路等。目前，直接转换方式常用的光导半导体材料包括非晶硒（a-Se）、碲化镉（CdTe）、碲锌镉（CZT）等。因不产生可见光，没有光横向扩散影响，具有更高的空间分辨率，是平板探测器被视为行业未来发展方向。

I．间接转换探测器

CT探测器（目前主要为间接转换型）的基本部件除闪烁体、传感器（光电二极管）及读出电路、外围控制电路外，还有准直器。

闪烁体吸收高能光子后发出可见光。优秀的闪烁体需要满足一系列要求，其中最重要的是光输出、衰减时间和余晖效应，高光输出意味着更低的辐射剂量；快衰减时间和低余辉效应决定了更高的成像精度。

目前CT的探测器也大多是间接转换型，闪烁体材料是主要稀土陶瓷材质。早期的探测器使用过碘化铯晶体，但是后来被尺寸灵活、生产工艺简单、余晖更短、稳定性更好的稀土陶瓷探测器所取代，成为CT探测器闪烁体的第一选择，目前CT领域主要有4种商用闪烁体材料。

硫氧化钆GOS：最早日本研发，其材料为稀土硫氧化物GOS。日立、西门子、飞利浦、东芝等CT厂家对其深入研究并开发出GOS探测器。GOS优点非常多，因此目前市面上除GE外几乎所有CT探测器闪烁体均使用GOS，但也有小缺点：1）存在双折射效应，仅能做成半透明陶瓷，转换效率稍低；2）辐照损伤较高。我国大部分CT探测器，如联影的时空探测器、明峰的闪烁之星探测器、安科的光波探测器等，其闪烁体也是GOS，且几乎全部进口，来自日本京瓷、日立、东芝等厂家。

HiLight：GE第一个研制成功的，其材料为氧化钇钆YGO。目前主要应用在GE中低端CT上。

Gemestone：也是GE研发的，2008年首款商用石榴石探测器已被成功应用在GE高端CT中，具有更高的光产额、更短的余晖效应、更好的抗辐照损伤等性能，被认为是目前最好的CT闪烁体。

Superlight：由中科院宁波材料技术与工程研究所研发的，其材料是钆镓铝石榴石GGAG。这是一种新型的闪烁体，具有高密度、快衰减、高光输出、短余辉及环境友好等特点，性能媲美宝石闪烁体，目前已实现量产，明峰医疗首次实现了商用：神光探测器。Superlight目前是我国唯一应用在CT的高性能闪烁体，打破了国外技术垄断。

	GOS	Gemestone	HiLight	Superlight
衰减时间(μs)	3.2	0.03	960	0.03
余晖(40ms)	0.004%	0.001%	0.01%	0.001%
发光效率(ph/MeV)	35000	40000	44000	70000
密度(g/cm3)	7.3	6.1	5.8	6.6
辐照损伤	<0.65%	<0.03%	<0.08%	<0.03%

资料来源：医工研习社

光电二极管接收闪烁体受高能光子激发后的发射光谱，把光信号转换成电信号，在CT上主要使用硅光电二极管。想获得最好的灵敏度和转换效率，光电二极管敏感区和闪烁体的发射光谱要尽可能匹配。目前，大部分CT使用的光电二极管来自日本滨松光子和芬兰Detection Technology等厂家。

II．直接转换探测器

光子计数探测器属于直接转换探测器，对X射线光子进行计数，可实现更低剂量的成像、更高空间分辨率。GE和西门子医疗发布了光子计数CT相关进展，飞利浦及佳能也在布局光子计数CT，而国内厂商也有在加紧布局光子计数探测器，东软、联影也分别在光子计数CT方面有着自己的计划。

四、国产CT探测器进展

1. 国内专注于探测器的厂商已在商用CT探测器的路上。

1．奕瑞科技

奕瑞科技是一家以全产业链技术发展趋势为导向的数字化X线核心部件及综合解决方案供应商，主要从事数字化X线探测器、高压发生器、组合式射线源、球管等新核心部件的研发、生产、销售与服务，产品广泛应用于医学诊断与治疗、工业无损检测、安全检查等领域。

奕瑞科技已完成CT探测器高速稳定传输模块的开发，也完成了准直器、闪烁体、光电二极管等核心部件开发，还完成了CT探测器模块各个子系统的优化和整合，生产制作了首批样品，进入到模块与系统的联合调试阶段。

目前公司已完成部分医疗CT用二维准直器的研发及国内客户导入，进入量 产销售阶段，同步积极开拓安检CT用二维准直器，并已经推广多家安检CT客户，实现量产。与此同时，下一代光子计数CT用的准直器也在积极研发。GOS闪烁陶瓷完成工业及安检应用的开发并进入量产阶段，医疗CT探测器适用的GOS 闪烁体取得研发突破，关键指标达到国际领先水平，实现了小批量生产。公司拥有硫氧化钆闪烁屏自研定制化专用耦合设备和耦合工艺，能够满足各种使用条件的可靠性及性能要求。公司已启动自研，闪烁体材料的关键指标已达到或接近同行业主要竞争对手竞品的水平，GOS已能满足LDA、CT系统要求。

2. 芯晟捷创

芯晟捷创光电科技（常州）有限公司是一家专注专注于光电芯片，信号处理ASIC及相关探测器模组的研发、设计和制造的高新技术企业。芯晟捷创致力于研发、生产、销售高性能光电探测器，主要产品包括X射线探测器、X射线探测器模组、光电二极管及相关集成化解决方案，广泛应用于医疗螺旋CT、医学检验、工业无损检测、安检安防及测量等领域。

PDAP系列CT探测器是针对螺旋CT专门开发的一组探测器。该探测器将X射线接收模拟前端和模数转化电路集成，提升性能、降低成本，加速CT系统厂商研发速度。该款探测器是一款平台型产品，可覆盖8排、16排、32排、64排CT应用。

3. 善思微

成都善思微科技有限公司是一家致力于固态成像芯片及探测器模组等相关产品研发、生产和销售的国家高新技术企业，主营业务包括CMOS平板探测器、CT探测器、光子计数探测器等高性能X射线成像探测器及相关信号链ASIC芯片，以及其它基于单晶硅技术的固态成像芯片及探测器等。

善思微的CT探测器均采用单晶硅探测器技术路线，相比非晶硅探测器，单晶硅探测器由于其材料内部原子结构为有序排列，具有更好的材料特性及性能，能够在医疗应用中实现更低的辐射剂量、更低的图像噪声、更快的成像速度及更高的分辨率。

4. 迪泰克

陕西迪泰克新材料有限公司聚焦以碲锌镉为代表的新一代核辐射探测与成像材料、器件及模块的研发生产和销售。

迪泰克可提供衬底级碲锌镉单晶、探测器级碲锌镉单晶、碲锌镉辐射探测与成像器件及配套专用电子学读出系统和成套解决方案。公司目前已发展成为国际上极少数可批量生产、销售探测器级碲锌镉和相关探测器产品的厂商之一。

5. 帧观德芯

深圳帧观德芯科技有限公司致力于光子计数型X射线探测器及其整机系统的开发与生产制造。

帧观德芯先后推出了基于光子计数型X射线探测器的甄芯®口腔数字化X射线成像系统、量子清照®数字化乳腺X射线成像系统、氪金眼3D扫描建模系统等高性价比整机系统，在医疗、工业、科研等领域取得了突破性进展。

6. 鉴微华芯

无锡鉴微华芯科技有限专注于光子计数技术的X射线辐射检测和成像领域相关集成电路产品的研发和产业化。

公司核心技术和产品主要包括光子计数型探测器芯片、光子计数型读出电路芯片、模组、数据采集和处理系统和成像软件。

1. 医疗CT设备国际厂商，包括GE医疗、飞利浦医疗、西门子医疗、佳能医疗等均拥有自主研发的探测器。而国内厂商如联影医疗、东软医疗、明峰医疗等厂商拥有从低端16排至超高端256排的自主研发探测器。
2. 联影医疗

上海联影医疗致力于为全球客户提供全线自主研发的高性能医学影像诊断与治疗设备、生命科学仪器。

自主研发“时空探测器”可显著降低电子学噪声，降低剂量的同时提升图像分辨率，性能处于行业领先水平。

2. 东软医疗

东软医疗原是东软集团旗下的子公司，于2015年从东软集团剥离，成为独立品牌，是中国医学影像解决方案及服务的提供商。中国第一台CT、第一台超导磁共振、第一台DR等里程碑式创新成果，都在东软医疗诞生。

公司定位于以影像设备为基础的临床诊断和治疗全面解决方案提供商，拥有数字化医学诊疗设备（CT、MRI、DSA、GXR、超声、PET/CT、RT及设备核心组件）、MDaaS（医疗设备和医疗影像数据服务）平台、设备服务与培训、体外诊断设备及试剂四大业务线。其NeuViz Epoch无极CT采用的是自研全景追光者探测。

3. 安科医疗

深圳安科是国内领先的大型医学影像设备提供商之一，专业从事大型医学影像设备及微创治疗设备的研发、生产、销售及技术服务，主要产品包括CT、MRI、XR、微创治疗设备。根据弗若斯特沙利文数据，2020年、2021年公司CT产品和MRI产品国内市场占有率（按销售数量统计）均位列国产品牌第三名。

自主构建了基于前照式和背照式光敏阵列的两款高性能CT探测器技术平台，开发和量产了20mm、40mm和80mm有效探测宽度的探测器。公司已成功研发20mm-160mm高性能探测器、二维可拼接医用CT探测器等。基于信号响应和热管理仿真的探测器性能优化，自主打造前照式和背照式探测器技术平台，确保全系列探测器的高信噪比、高可靠性和高性价比，实现一流的探测器综合性能。高端探测器应用了连续曲面设计，更好地接收X射线信号，避免了常规非连续曲面可能引起的图像伪影，同时消除了连续球面模块间隙不等宽的缺陷。

4. 明峰医疗

明峰医疗是集CT、PET/CT、明峰云、人工智能AI的研发、生产、销售、服务于一体的国家高新技术企业，为全球客户提供高端医疗影像设备一体化解决方案。

公司拥有完全自主知识产权的从8排经济型到256排超高端CT探测器设计和制备工艺、探测器调试工艺等相关技术，并率先实现了CT探测器闪烁材料的国产化应用。在核心技术研发方面，明峰医疗突破了CT探测器关键部件闪烁晶体，集成芯片ASIC技术瓶颈，填补了国内空白。目前，明峰医疗CT已实现从16层到512层，从实用普及型机型到512层超高端机型的全覆盖。

五、展望

我国专注于探测器的企业已经逐步走向CT的商业化应用，而国产CT设备厂商也已有自研自用的CT探测器，实现了国产的突破。

其中国产探测器的重要核心部件仍主要由国外供应商提供，期待在闪烁体材料、光电二极管器件上能取得更大的突破及更高的市场占有率。

另一方面光子计数探测器也许是下一代CT探测器的主力，也期待在新型CT探测器上看到国产厂商与外国厂商齐头并进。

资料参考：

医工研习社

奕瑞科技招股说明书

联影医疗招股说明书

深圳安科招股说明书（申报稿）

明峰医疗招股说明书（申报稿）