法國(guó)科研機(jī)構(gòu)CEA－Leti①開發(fā)出一種新型X射線光子計(jì)數(shù)探測(cè)器模塊（photon－counting detector module，PCDM），有望給現(xiàn)有CT設(shè)備帶來(lái)提升。

PCDM在成像方面有很大優(yōu)勢(shì)。新一代PCDM產(chǎn)品已經(jīng)成熟，可以集成到CT原型機(jī)中，西門子醫(yī)療就新一代PCDM的設(shè)計(jì)、集成、制造和測(cè)試與CEA－Leti進(jìn)行了接觸。將PCDM集成到西門子醫(yī)療的CT原型機(jī)中，經(jīng)過臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，提高了CT的空間分辨率，減少了對(duì)患者的X射線輻射，降低了圖像噪聲和偽影，圖像質(zhì)量更高，還能夠區(qū)分不同的造影劑。

基于碲化鎘（CdTe）的X射線PCDMs能夠同時(shí)兼顧高空間分辨率和多能量圖像。

使用小像元（small－pixel）探測(cè)器，將更高的空間分辨率轉(zhuǎn)化為更好的圖像質(zhì)量和更清晰的圖像，與目前的掃描技術(shù)相比，新技術(shù)可以識(shí)別非常精細(xì)的結(jié)構(gòu)，比如肺部的小氣道、骨小梁，以及冠狀動(dòng)脈支架的細(xì)網(wǎng)格等。

與傳統(tǒng)探測(cè)器的灰度級(jí)圖像相比，多能量可以呈現(xiàn)彩色圖像，并精確確定體內(nèi)化學(xué)元素的原子序數(shù)。

CT通過計(jì)算機(jī)來(lái)處理多個(gè)不同角度的X射線測(cè)量組合，生成被掃描對(duì)象的橫截面圖像，目前使用能量集成探測(cè)器（energy－integrating detectors， EIDs）來(lái)產(chǎn)生圖像，這一過程基于間接轉(zhuǎn)換技術(shù)。PCDMs則與之相反，能以更高的轉(zhuǎn)換效率，直接將X射線光子轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。

能量集成探測(cè)器在一段固定的時(shí)間內(nèi)記錄存儲(chǔ)在像素中的總能量時(shí)，無(wú)法區(qū)分低能量和高能量光子，而PCDMs會(huì)對(duì)每個(gè)光子進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而提高圖像的對(duì)比噪聲比（contrast－to－noise）。它還允許對(duì)探測(cè)到的光子進(jìn)行能量分級(jí)，用于產(chǎn)生彩色圖像，從而可以精確地確定任何化學(xué)元素的原子序數(shù)，并區(qū)分體內(nèi)存在的多種造影劑。

美國(guó)梅奧診所的研究人員已將西門子醫(yī)療的PCDM CT應(yīng)用于模體（phantoms）、尸體（cadavers）、動(dòng)物和人類，并生成了300多名患者的圖像。研究人員表示，這些圖像把理論上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在臨床上顯示出來(lái)。

梅奧診所研究小組發(fā)表的論文顯示，采用PCDM之后，CT的空間分辨率得到了提高，輻射和碘造影劑的劑量要求降低了，圖像噪聲和偽影水平也得以降低。此外，同時(shí)采集多個(gè)150微米分辨率數(shù)據(jù)集的能力（每個(gè)數(shù)據(jù)集代表不同的能譜）有望帶來(lái)新的臨床應(yīng)用。

CEA－Leti正在致力于提高PCDMs的效能，參與開發(fā)基于碲化鎘的能量分辨PCDM，利用兩個(gè)能量閾值計(jì)數(shù)器探測(cè)單個(gè)X光光子。

研究人員表示，盡管結(jié)果令人鼓舞，但PCDMs響應(yīng)的光譜質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒達(dá)到最佳，而且仍有技術(shù)上的挑戰(zhàn)需要克服，比如電荷共享、電荷感應(yīng)和堆積。下一步，新一代基于PCDM的CT將解決這些問題。

為了做到這一點(diǎn)，CEA－Leti開發(fā)了一種校正光子計(jì)數(shù)探測(cè)器（corrected photon counting detector，CPCD），其特點(diǎn)是在對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化之前，像素內(nèi)部有一個(gè)“實(shí)時(shí)清理光譜（real time cleaned spectrum）”。它基于碲化鎘層與新的CMOS讀出集成電路（Read－Out Integrated Circuit）的混合，其中每個(gè)像素與接口存儲(chǔ)器集成了芯片內(nèi)的電荷共享校正（charge sharing correction）、電荷感應(yīng)（charge induction）和反堆積（pile－up rejection），以及一個(gè)內(nèi)存接口，以緩和芯片外（off－chip）后處理的限制。

CEA－Leti的專業(yè)人士表示，未來(lái)的挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)一種新型芯片，具有25 Mcps／像素（Mcps／pixel）輸出計(jì)數(shù)率（Output Count Rate）和低功耗［僅有幾毫瓦／像素（mW／pixel）］，像素間距0．5mm（包括所有校正）。由此產(chǎn)生的校正光子計(jì)數(shù)探測(cè)器（CPCD）應(yīng)該能夠測(cè)量到所需的2．108計(jì)數(shù)／秒／mm?的通量，從而達(dá)到PCDM CT的最佳響應(yīng)。

注①：CEA－Leti成立于1967年，是法國(guó) CEA Tech下屬的一家技術(shù)科研機(jī)構(gòu)。

CEA Tech 是CEA（French Atomic Energy and Alternative Energy Commission，法國(guó)原子能和替代能源委員會(huì)）的技術(shù)研究部門。CEA Tech擁有三個(gè)實(shí)驗(yàn)室（Leti、Liten和List），主要為ICTs、能源和醫(yī)療領(lǐng)域開發(fā)廣泛的技術(shù)組合。

CEA－Leti也是法國(guó)的39個(gè)卡諾研究所之一，與大約220家各種規(guī)模和各個(gè)領(lǐng)域的公司開展研發(fā)項(xiàng)目�？ㄖZ（Carnot）研究所計(jì)劃設(shè)立于2006年，由法國(guó)高等教育與研究部（MENESR）對(duì)在產(chǎn)業(yè)界合作研究、技術(shù)轉(zhuǎn)移等方面取得顯著成果的公共科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行卡諾標(biāo)簽認(rèn)證，提供專項(xiàng)資助。

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