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新一代硬核芯片助力X射线医疗影像突破像素极限

2021-01-14 11:57
动脉网
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在现有X射线医疗影像中,一直存在一个未能突破的难题。当患者进行X射线拍片时,X射线穿越被测身体部位发射到平板探测器时,会在平板探测器中形成X射线影像,影像最终作为电信号经过相应处理后传输到电脑显示屏上,从而展示出患者被测部位的X光片信息。但在这个过程中,平板探测器感应X射线的灵敏度与最终形成的X射线影像清晰度(即影像分辨率)永远无法同时最大化,只能选择一个折中的平衡。

造成这种结果的深层原因是平板探测器受到背后核心传感器的技术限制。传感器是由复杂的感应元件组成,现代医疗影像平板探测器主流技术原理多采用的是上世纪90年代西门子和飞利浦法国子公司Trixell所开发的X射线传感器技术,这也替代了胶片冲洗方式,开启了数字医学影像时代。

然而,超过安全剂量的X射线对人形成伤害不言而喻,长期需要与X射线打交道的拍片医生,更是容易成为X射线伤害的重点人群。想要降低拍片时X射线源释放的放射剂量,那么就需要让接受X射线的平板探测器灵敏度提高,实现低剂量X射线就能成像。但是平板探测器灵敏度的提高意味着必须将其传感器的面积增大,才能足够灵敏捕捉到发射过来的X射线;传感器面积增大又会导致成像像素点变大,这也就意味着最终成像清晰度/分辨率会降低。

在综合考量放射剂量与成像清晰度之后,目前一般临床X射线影像分辨度保持在了120?m~130?m左右。但这个分辨度对于发现比如在乳腺癌早筛过程中仅150?m左右大小的钙化点而言,X射线拍片成像则难以满足。

深耕研发硬科技核心技术,新一代TFT传感器问世

桑钧晟博士领衔的团队经过数年摸索与研究,最终找到了打破现有传感器技术限制的方法,并对传感器底层核心技术进行了革新,开发出了新一代TFT传感器技术,在2017年底创立了中科爱锐,致力于半导体传感器芯片设计、工艺及其在医疗健康领域的应用,生产制造全球领先的高端医疗影像核心部件及设备,面向全球市场提供一流产品和综合解决方案。

桑钧晟毕业于北京大学,获得中国科学院生物学硕士、美国布朗大学生物医学博士,以及美国宾夕法尼亚大学沃顿商学院MBA,有着近二十年在中国市场创业和企业一线经营管理的丰富经验,曾担任过数家创业和发展期公司、大型国企、上市公司的董事及顾问,经历过顶尖科研机构严谨优良的科学训练和市场一线的磨砺。

“只有高壁垒的赛道在未来才有竞争的机会。”桑钧晟说道,“‘半导体芯片’和‘健康医疗’属于技术和行业壁垒非常高的两个领域,所以我们瞄准了基于半导体芯片技术的医疗场景下应用机会。”

桑钧晟博士简单地向动脉网介绍了中科爱锐团队自主研发的新一代TFT传感器核心技术,以及该技术如何能够攻克灵敏度与分辨率不能兼得的难关。

“其一,我们的传感器芯片采用了立体结构,改变了原本平面结构的半导体器件,实现了结构即功能,是完全不同设计的创新,完成集感应、存储和计算传输的3-D有源像素架构,同时提高了分辨率和灵敏度。”

“其二,我们用单颗晶体管就实现了即使使用CMOS也需要3颗晶体管集成才能实现的光电增益,并且增益倍数很高。”

在这两种效果的加持下,中科爱锐团队所研发的新一代TFT传感器芯片能够实现高增益、高分辨率下的高信噪比,彻底超越所有现有技术,能够降低60%至90%的X射线剂量,实现像素大小为30?m至75?m的分辨率,指数级增加光子利用率,实现超强灵敏度,真正实现底层传感技术的革新。

全产品线开发,首个行业解决方案已于山东落地试点

中科爱锐重新定义了全球TFT传感器技术的新标准,成为全球唯一实现了单颗晶体管信号放大的有源像素(APS)功能,在微小像素尺寸下仍然有高信噪比,超越目前全球其它同类传感器,尤其超越仍基于Trixell技术原理的主流技术产品,彻底打破了放射医学影像设备“放射剂量减少与分辨率提高不可兼得”的困局,有望开启全球医疗影像器械设备的更新迭代。

基于这项核心技术,中科爱锐制造出全球第一块3-D智能像素传感器芯片和对应平板探测器,该平板探测器拥有6大优势:更清晰的高分辨率影像(已经实现50?m,最终可达30?m)、更安全的超低放射剂量(已减少2/3放射剂量,最终可减少90%)、更快速的动态响应(达到34帧/秒)、更稳定的间接成像、更一致的大面积无拼接成像、更低功率与高良品率。

该类平板探测器在目前临床使用越来越多的介入治疗医疗影像设备如DSA、C型臂和各类医疗机器人等具有独特优势。

与该探测器配套的,还有中科爱锐自主研发的各种X射线医疗影像整机设备。并且已成功研发出一款超高清低剂量乳腺钼靶整机,该钼靶不仅同时实现高分辨率、低剂量,还有望真正解决乳腺钼靶难以看清的东方女性常见致密性腺体组织边界和精细结构。

在拥有了底层传感技术,自主开发了传感器芯片、平板探测器、乳腺钼靶整机后,中科爱锐也朝着乳腺癌早筛整体解决方案靠拢,开发了“共享+移动+远程+AI”四位一体的“移动乳腺癌筛查系统”,并且在山东开始落地试点。

未来,中科爱锐期待依托这项全球领先的硬科技创新核心技术,研发更多有竞争力的优质健康医疗产品,为医疗细分领域提供更多有价值的解决方案,让大众可以享受到世界前沿的优质医疗健康服务。

据悉,中科爱锐已完成了A轮融资,目前正在进行新一轮的融资,募集资金主要用于新产品研发,以及产品注册认证和市场推广,相信不久后便能迎来喜讯。

作者:王婵

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