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几近垄断的CT探测器,被撕开一道口

器械汇  ·  · 2 周前


长久以来,国产CT忍受着“核心部件”受制于人之痛。


近年,随着国内CT球管制造商渐次登场,“缺芯少源”局面正在得到改善。但在欣幸背后,还应冷静看到,国产CT制造仍面临另一大软肋


这就是CT探测器


而以平板探测器打出天下的奕瑞科技,正在悄然坐上CT核心部件的牌桌。


第89届CMEF,奕瑞科技瞄准CT探测器“缺芯少料难成器”的产业痛点,重磅展出了CT探测器关键材料GOS闪烁陶瓷(硫氧化钆)、高端光电传感器PD芯片及其核心探测器组件等,以及准直器(ASG)、CT高压发生器等,均由奕瑞科技自主开发并实现产业化。




奕瑞科技已有着近十年的多种闪烁体材料PD芯片开发历程,特别是在医疗领域致力于探测器上游关键零部件及其基础材料的研发。目前重点开发的GOS闪烁体已在工业、安检CT等领域量产多年,近年在高端医疗CT的应用中实现量产,关键指标已经达到国际水平。同时开发的ASG准直器等部件也已实现量产


可以看出,奕瑞科技对CT核心部件的布局围绕CT全产业链展开,本届CMEF也是其首次全面展示CT核心零部件乃至上游产品,完整呈现从基础材料、底层技术、产品工艺,到工程化落地产业化推进的闭环管理能力。


几乎被外资垄断的CT探测器领域,终于被奕瑞撕开了一道口。


01
 探测器


作为CT三大核心部件之一,探测器的重要性不言而喻。2021年,联影医疗、东软医疗、明峰医疗和深圳安科与探测器相关的采购金额及占比分别达到了1.5亿元(3.88%)、0.94亿元(7.0%)、0.26亿元(7.39%)和0.52亿元(13.03%)。


一款具有完整功能的弧形CT探测器整机,需由多个PD探测模组与主板拼接而成。




而单个PD探测模组,主要包括GOS闪烁体阵列、PD芯片传感器读出芯片。国内能够量产该类核心元件的厂家几近于无,相关高性能产品多为欧美及日资企业所拥有,卡住了大部分国产CT的咽喉,称其为“阿喀琉斯之踵”也并不为过。




闪烁体:硫氧化钆闪烁陶瓷(GOS)


闪烁体一向有着“探测器的心脏”之称。近三年来,CT在医学诊断方面发挥的巨大作用以及采购量的大幅增加,持续推高闪烁体材料的市场需求


来自市场调研公司“新思界”的数据显示,受全球CT设备需求的联动影响,CT探测器市场也在不断扩大,2021年全球CT探测器市场规模约为16.8亿美元,预计2022-2027年将以4.3%左右的年均复合增速继续增长。


得益于平板探测器领域的大力投入,奕瑞科技早在2012年就已开始研发闪烁体制备和封装的相关技术及工艺,而启动医疗CT探测器闪烁体GOS的自研后,迄今已申请授权相关知识产权20余项和大量的技术积累,比如:


  • 充分发挥国内稀土资源优势,自主设计开发高纯度GOS荧光粉的制备技术(通常是稀土出口转内销);


  • 采用HIP超高温高压技术,自主开发高品质的透明陶瓷烧结技术(2000个大气压,2000℃);


  • 自主研制有机-无机复合工艺的超高精密闪烁阵列的先进加工技术(加工精度小于10μm, 相当于头发丝直径的十分之一);


  • 奕瑞科技利用X光探测器深厚的技术积累,自主设计开发专业的高精度X光闪烁特性测试系统等(余辉测试精度达ppm级,测试时间快至1ms以内)。


最为关键的是,奕瑞科技毕其功于一役,已通过自主研发,筑起了低成本、规模化、高品质的GOS闪烁体量产之根基。据悉,其技术链条从原料合成制备、陶瓷烧结、晶体和陶瓷的精密加工、闪烁体的关键指标测试,到关键工艺和设备的自主设计开发,再到后端关键芯片及探测器组件的开发等,形成了一条完整的技术和产业链


目前,奕瑞科技生产的GOS产品关键指标达到或接近同行业水平,可用于32排、64排及128排等更高端的CT设备整机,也可按不同客户需求提供标准化和定制化产品




指标Gd2O2S:TbGd2O2S:Pr
峰值波长(nm)550510
形态多晶陶瓷多晶陶瓷
透明度半透明半透明
光输出(ph./MeV)4650027000
衰减时间(μs)6003
余晖(@3ms)≤0.1%≤0.05%
原子系数6060
密度(g·cm-3)7.347.34
潮解性NoNo
辐射损伤12%(1Mrad)6%(1Mrad)

▲ GOS陶瓷性能


据悉,奕瑞科技为了满足工业CT、高端安检和医疗CT的GOS闪烁体需求,已经实现量产的GOS陶瓷年产能超5吨,计划2024年扩产至10吨以上,可满足数千台64排及以上CT的闪烁体需求。


同时,奕瑞科技还量产了多种其他闪烁晶体材料,比如用于安检、物流及工业无损检测的碘化铯晶体,用于集装箱及高能工业CT的钨酸镉闪烁晶体等,一些其他新型闪烁体材料的研发与产业化也在进行中。



PD阵列(光电二极管)


PD传感器芯片阵列是把光信号转换成电信号的光电二极管器件,CT探测器的敏感区和闪烁体的发射光谱需尽可能匹配,才能获得更好的灵敏度和转换效率。奕瑞科技通过对器件结构和工艺流程的优化,且采用特殊的8/12寸晶圆、背面减薄、抛光、离子注入等工艺,实现大尺寸背照式超薄光电二极管阵列,具有极低的暗电流和结电容,以及较高的宽光谱响应,适用于CT中的低噪声探测器,并具备四面可拼接封装能力,实现高排数、大面积探测。目前PD阵列已完成样品开发,并获得相关CT整机厂商认可。



准直器(ASG)


准直器,也称防散射栅格(Anti-Scatter Grid,ASG),是CT探测器的四大核心组件之一,用于吸收、过滤从CT探测器中散射、折射溢出的X射线,从而提高图像质量。


目前,奕瑞科技的医用CT二维准直器已实现量产,结合高精度钨合金3D打印技术,可根据不同产品和应用需要定制和批量生产各类一维、二维ASG,相比传统CT准直器,可以更灵活实现不同视野ASG的定制加工,提高CT整机性能,并大幅度降低ASG的生产和组装难度。


优点包括:

  • 通过屏蔽行和列提高信噪比

  • 通过更精确的聚焦网格将更多X射线引导至光电二极管;

  • 提高ASG在高转速下的稳定性;

  • 简化装配流程,节省成本;

  • 数字化制造流程带来更多设计自由度。


同时,奕瑞科技的新一代二维准直器产品也在持续研发和拓展。


通过模组定位结构的精密加工和装调,奕瑞科技现已可通过不同排数、不同曲率的探测器模组的拼接和安装,获得大尺寸、多排数CT探测器模组产品。从闪烁体、PD阵列、ASG等零部件,到32排/64排探测器模组,及至DMS整机,奕瑞科技均可提供标准及定制化产品。


▲ CT模组-32排两面拼-32x32


▲ CT模组-32排两面拼-32x16


02
 高压发生器


CT高压发生器是奕瑞科技近年来增加研发投入的一大产品。相对于影像接收处理部件的探测器,高压发生器作为X射线影像光源的组成部分,也是CT的核心部件之一。


奕瑞科技本次展出的Pyxis系列CT高压发生器主要包括Pyxis 50CT和Pyxis 80CT两款产品,覆盖从50kW到80kW的多种功率和功能配置选择,满足从经济型CT到高端CT应用的高压解决方案。



  • 受益于先进的功率变换技术,Pyxis系列产品体积小、重量轻,更易于安装维护。高压内部的模块化设计可灵活配置X向和Z向飞焦点功能,单双灯丝功能,同时不会改变用户机架结构和电气接口。

  • 全数字旋转阳极驱动、灯丝自动校准、多等级打火检测、管电流调制等先进功能,为客户提供极佳的应用体验和价值。


目前,奕瑞科技已在42KW、50KW、80KW CT高压发生器完成试产样机验证,即将进入量产。


03
 光子计数探测器


对于国产厂商来说,既要“脚踏实地”,守好关键核心技术开发的主赛道;更需“仰望星空”,抢占以光子计数探测器为代表的新赛道,以全球视野和战略眼光谋划CT产业的未来发展。


本次CMEF上,奕瑞科技也展示了其自主开发的新型光子计数探测器材料碲锌镉(CZT)晶体所取得的阶段性突破:目前已掌握CZT晶体生长技术、CZT传感器制备技术、光子计数电路开发等,采用四面拼接设计,可实现最高4个能量箱配置,实现零电子噪声,像素达0.5mm×0.5mm


光子计数CT模组-四面拼接



当新质生产力为行业升级按下快进键,曾在平板探测器领域成功打破国外垄断的奕瑞科技,能否再次为CT的国产替代带来提质增速?或许,答案就在眼前。


第89届CMEF 奕瑞科技展台号

国家会展中心(上海) 4.1C09

END


【器械汇往期文章链接】

IGZO,能否改变X射线探测器的未来?

核心部件破局者:更多突破,更多可能!



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