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X光成像技术新赛道,帧观德芯如何领跑全球?

2021-06-03 14:15
动脉网
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医学影像作为临床诊断的重要辅助工具,许多疾病的临床诊断和治疗的结果很大程度上都基于影像设备的成像特点和功能。然而由于我国医疗器械行业整体起步较晚,导致过去一段时间里,我国医疗器械高端产品市场中外资品牌占据绝大部分市场份额,这一现象在医学影像设备研发这类技术壁垒较高的领域尤为明显。

在国产创新的浪潮中,有这样一家企业,在核心前沿技术领域不断探索,通过在光子计数技术上的突破,成功为行业带来了“颠覆式”X光影像系统,也一举揭开了X光影像系统的崭新篇章。这家企业就是成立于2015年的深圳帧观德芯科技有限公司(以下简称“帧观德芯”)。

X光探测技术的百年发展史

在了解帧观德芯之前,我们先简单了解一下X光成像的发展和应用。

自1895年德国科学家伦琴发现X射线至今,已过去一百余年。在这一百多年的时间里,X射线被应用至医学影像、安检、无损检测和科研等领域并发挥了巨大作用,X光成像也历经了从胶片到数字化平板探测器的多个阶段。每一次技术的飞跃,都催生了市场的变革。

然而,无论是早期的胶片系统,还是后续出现的带闪烁体的CCD探测器和间接性平板探测器(非晶硅平板和CMOS间接平板),采用的均是间接成像的方法,X光在转换成可见光的过程中会产生散射现象,从而导致成像结果模糊。要想获得更清晰的X光图像,就不可避免要提高辐射剂量,而此举应用在医疗领域时又会对患者的诊疗安全造成隐患。

解决传统X光成像质量不高的另一种方法则是直接改变成像方式。现阶段,采取直接成像方式主要有非晶硒技术和光子计数技术,由于是直接将X光光子转换为电荷,因此避免了散射现象,图像的清晰度也获得了极大的提高。

其中采用非晶硒技术的非晶硒平板探测器被广泛应用至乳腺癌筛查领域,凭借优异的成像效果,非晶硒平板探测器牢牢地占据着乳腺机的市场,但是由于对工作环境的温度和湿度敏感、售价和维护成本高等缺陷,导致其很难在其他领域推广。

光子计数技术来源于高能物理领域,自上世纪80年代提出以来,在弱光和微光的探测领域发挥了重要作用,也被公认为下一代X光成像技术。光子计数技术通过采用高速专用集成电路将X射线光子逐个计数,同时通过电路判断电压的阈值,把微弱的噪声屏蔽掉,可使得采集到的图像信号无暗噪声、图像灰阶度高、有超大动态范围,而且成像所需辐射剂量低。与非晶硒平板探测器相比,光子计数探测器对环境温度湿度不敏感,因此可靠性强,维护成本也更低。

光子计数原理.jpg

光子计数技术原理

据了解,现阶段GE、西门子等器械巨头都已经开始了相关产品的布局,但目前能将这一技术商业化应用的企业屈指可数,其主要原因在于因为光子计数芯片的研发制造异常复杂,量产时也需考虑成本、产能、功耗等一系列问题。

数百项专利,打造光子计数技术壁垒

在这一技术背景下,帧观德芯以光子计数技术为发力点,主要从事面阵式X光光子计数探测器芯片开发及整机生产,现已在美国、中国、日本、新加坡等国家拥有超100件PCT国际专利和近300件国家专利申请,覆盖了半导体元器件、集成电路、制造工艺等大量底层核心技术。

光子计数芯片.jpg

光子计数X光探测器专用集成芯片(左)光子计数X光探测器封装图(右)

帧观德芯能够成功攻破这一技术并实现产业化落地,显然离不开团队扎实的技术基础。

团队方面,帧观德芯创始人兼董事长曹培炎本科毕业于清华大学,先后在美国康奈尔大学、德克萨斯大学进行博士课题研究。公司其余骨干研发人员或具有美国著名高校半导体芯片学术研发背景,或具有医学影像学术界、器械产业界的资深专业经历,还吸纳了来自全球范围医疗大数据和人工智能领域的顶尖人才,保障了公司研发项目的推进。

帧观德芯通过在X光光子计数探测器机整机系统集成技术上的突破,成功抢占了国际医学影像先进技术制高点,打破了我国医用影像领域过往存在的“跟随式”发展惯例。由于制造工艺的升级和核心关键部件自主可控,因此在保证同等或更高性能的前提下,帧观德芯可做到大幅度降低生产成本,这也为产品的市场布局提供了优势。

自成立以来,基于在前沿技术的不断攻坚,帧观德芯已经获得了包括IDG、北极光创投、中金资本、国科投资、建兴医疗基金、七匹狼创投等机构的多轮投资,受到了来自资本市场的多方认可和支持。

厚积薄发,光子计数乳腺机和口内传感器已获批

从目前已落地的产品情况来看,帧观德芯现阶段主要瞄准乳腺疾病诊断和口腔领域。

根据世界卫生组织的数据,2020年乳腺癌已经超过肺癌成为全球发病率最高的癌症。面对乳腺癌的威胁,全球公认的应对手段就是持之以恒的全民乳腺癌筛查。关于乳腺癌的早期筛查和诊断,乳腺X光摄影是被美国FDA批准和中国抗癌学会推荐的有效的乳腺癌筛查方式,在许多中高收入国家已经普及。

帧观德芯通过将面阵式光子计数型X射线探测器创新型地应用于乳腺成像,开发出高性能低成本的全视野数字乳腺X射线成像系统。相比于传统的数字乳腺机,面阵式光子计数乳腺机不仅有着成像速度快、辐射剂量低、零暗噪声的优势,而且稳定性好,能够在多种环境下保证运行效果。因此该产品可以覆盖至社区、单位以及偏远地区等场所,惠及更多人群。

帧观德芯乳腺机.jpg

据了解,这一产品已经成功取得了医疗器械注册证。此次获批不仅成功意味着我国实现了专科影像技术产业的跨越式发展,也为行业带来了更多优质可及的产品和方案。

帧观德芯另一款已获注册证的光子计数口内X射线成像系统,可做到无需等待、即时上图,无需牙宝片,为患者带来便捷、优质的数字化体验,此外,该产品在价格上可做到不到同类产品的一半价格,为终端客户尤其是基层医疗机构提供了更便捷、更清晰、性价比更高的牙科数字成像设备。

帧观德芯口腔传感器.jpg

在操作上,医护人员可根据实际需求精准采集口腔内各个牙位的影像。为了给医护人员更便捷的产品使用体验,帧观德芯采用多样化设计,推出有两款尺寸的口内传感器,满足不同成像面积需求。

始于医疗,不止于医疗

在前不久的第84届中国国际医疗器械博览会(CMEF)上,帧观德芯还展出了除上述两款产品以外的一系列整机系统,其中包括3D乳腺断层成像系统、乳腺标本摄影系统、口腔颌面CBCT、高清骨科DR、高清小动物活体成像系统等一大批基于面阵式光子计数型X射线探测器的医用影像设备。

帧观德芯系列产品.jpg

从理论到研究再到落地,光子计数技术从曾经所说的“未来”到如今的照进现实,背后映照的是众多创新者的持之以恒,帧观德芯凭借在底层芯片核心技术上的突破,真正做到将这一技术惠及大众。

作为前沿技术产品,面阵式光子计数X射线探测器在国内外都占据了先发优势。除布局医疗影像领域外,目前帧观德芯还在工业和科研领域积极进行光子计数技术相关产品的设计和研发。

未来,帧观德芯将会加速上市更多基于光子计数型X光探测器的产品及解决方案,持续推动X光探测技术的创新发展,为行业提供更多有价值的解决方案,帧观德芯的未来也值得期待。

作者:向莲华

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