原创 原理解析：医疗/CT工作的“幕后故事”

探测仪阵列是现代化多分层CT扫描仪的基本元器件，能够感测X射线辐射，然后将其转换为数字信号。

作为光学解决方案领域的引领者，艾迈斯欧司朗正进一步发展其领先的成像传感专业技术，以更低剂量实现前所未有的图像质量，针对三边和四边可拼接选项提供一系列高性能解决方案，包括面向未来的Photon Counting技术。

CT，即计算机断层成像技术。

在医疗领域，CT对人的健康管理，包括一些疾病检测有着非常重要的意义。在工业领域，CT为我们提供了透视物体的窗口，它多是跟安检相关的应用，是安全监控的中流砥柱。

众所周知，艾迈斯欧司朗在全球健康监测领域深耕多年，基于其效能卓越的光电传感器，不断迭代更高性能的解决方案，提供低噪声、超低功耗和高读出速度的产品，通过产品的演进和组合，持续协助个人更准确进行健康管理，助力健康监测功能的迭代和进步。

因此，就医疗和工业CT影像探测器芯片的应用及解决方案，包括对于下一代基于光子技术Photon Counting的技术展望，艾迈斯欧司朗资深现场应用工程师孙凯都有着自己的见解。

1、原理解析：医疗CT工作的“幕后故事”

CT的工作原理就是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换器转换为电信号，再经模拟数字转换器转换成数字，输入计算机处理后形成图像。

而从架构分解，CT主要包含：

发射源：其能发出高能射线X-ray，它是一个穿透性强的高能谱的射线；

配备接收器的sensor底板；

同时，发射端和接收端都位于摇臂上，即一个旋转部件，从而实现在整体的平板和人构成的空间内进行旋转探测。

为什么需要旋转呢？可以看出，如果是静态的检测，相当于把人通过光学切片了，但它是横向切片的，探测器接收到的是一个平均的衰减系数，没法确认什么是骨头、什么是皮肤，什么是肌肉。

而如果CT能旋转360°，就可以在任何角度进行照射切片，形成一个数据矩阵。这个数据矩阵得出以后就很好地还原人身体中各个不同组织的衰减系数，CT值就代表不同组织部位的衰减系数。均匀组织其实是均匀的衰减系数，如果其中有病灶，病灶就会呈现不同的衰减系数，医生就可以很好地观察到这些病灶的特征，这是CT需要旋转的原理。

孙凯指出：“当然CT也在不断发展，Zsensor这个指标代表了其机型的高低端配置。”目前主流分为3大类：低端，即小于32 slice，就是同时能切片32个部位的CT，比如6排、8排、16排、32排都算做低端CT；中端是同时能切片64~128 slice，也就是说螺旋切片的速度会更快，它的切片速度也是更均匀、更快速；高端CT都是大于128 slice，即256甚至更高排数的。

2、布局：艾迈斯欧司朗的“内功”？

“我们在CT里面是做探测器部分的传感器芯片，包含整体的芯片和模组，分立和集成方案兼备，”孙凯介绍道。

上图中间部分即是艾迈斯欧司朗在CT领域专用的一个传感器技术，也叫CT Modules。

据介绍，艾迈斯欧司朗的医用CT应用解决方案主要分为以下几种：

第一种为CT Sensor Interfaces，即ADC接口，这类是不包含传感器的，PD可以由客户自己定义、自己选择。

这其中第一类的128通道的AS5900，艾迈斯欧司朗现已实现大量量产；随后是256通道的AS5911，这个产品现在已经是B sample阶段了，然后256通道带T的AS5911T，就是带钨层保护，也就是集成保护式的AS5911；最后的512通道的AS5912艾迈斯欧司朗也已经同步tapeout，这些产品相信不就的将来就能马上面市。

第二类是艾迈斯欧司朗想要特别突出的优势产品，即集成了PD和ADC的产品。

已经量产的有两类：16线，64通道的一个CT Sensor AS5950；32线，128通道的产品AS5951。而64线，256通道的产品AS5952目前仍在开发之中。

第三类就是艾迈斯欧司朗面向Photon Counting技术配备的产品，叫AS5920。

据孙凯介绍，Photon Counting由于其对材料的特殊要求（例如碲化镉，碲锌镉），目前成本仍然很高，但艾迈斯欧司朗看好其代表的前景，特别是在CT领域的前景，因此，艾迈斯欧司朗配备了AS5920的接口产品来对这个新兴市场的需求进行匹配。

以艾迈斯欧司朗最为优势的产品线AS595x为例，这类产品是集成了PD和ADC的CT Sensor，用于16~64线的CT探测器。

在这类产品中，艾迈斯欧司朗将PD和ADC封装设计在一个Die中，这类方案对工艺提出了较高要求，因为两边是不同的材质，通过同样的工艺在一个Die上进行流片。当然这也带来整体优势，相比传统的分立方案，一方面无须额外设计走线，更容易集成；另一方面也会带来更好信噪比及更低功耗。

据悉，在集成方案中，艾迈斯欧司朗的下一代产品就是AS5952，一款用于64线CT的产品，目前已经tapeout了，应该是在2022年就能达到相应的B Sample阶段。孙凯直言款产品也将是非常有优势的一款方案，在功耗、信噪比和集成度优势的情况下，也控制了相应成本，将更大化满足到客户的应用需求。 

3、扩圈：工业安检如何应用？

工业CT具有和医疗CT相同的原理，但就市场需求等特点，2者的要求又大相径庭。孙凯指出，医疗行业整体的市场份额，包括用量每年的更新都比较稳定，但是工业领域的用量不像医疗领域那样集中，同时客户需求也更多变。因此，面向工业CT领域，艾迈斯欧司朗的产品布局是以分立方案为主打，主推分立ADC方案，由客户自己搭配PD使用。

3款分立ADC方案：

根据不同尺寸的PD ，客户可以自己选择对于的ADC接口。艾迈斯欧司朗现已量产的是128通道的AS5900，这个产品是10×10mm的BGA。

除此之外，还有256通道的AS5911和512通道的AS5912。据悉，AS5911这款产品现已拥有B Sample了。

4、面向未来：Photon Counting带来的新挑战

从目前来看，Photon Counting落地到真正的民用、医用，还是有很长的路要走。但是它所带来的优势和影响毋庸置疑。

孙凯介绍称，Photon Counting的主要优势是它完全替代了传统CT的架构，没有ADC在里面，Photon Counting中没有闪烁体，而是由碲化镉和碲锌镉这层材料直接把光子转换成数字信号。

因此，Photon Counting大大提高了直接转化的流程，整体需要的dose ratio会提高50%，所以，整体的辐射量也能对应下降50%、40%，如此，对人体的安全性就更有保障。

所以，Photon Counting是一个划时代意义的突破，理论上，它并没有模拟噪声，所以整体的信噪比会很高，因此即使输入的范围、能谱很小，但仍然能得到更高质量的成像，更高质量成像意味着医生对病灶的分析，尤其是一些小病灶或者特殊的情况的漏检率会大大降低。

如果Photon Counting技术成熟稳定以后，可以说是完全是颠覆级别的一个产品，是革新级的一个探测技术。

面对Photon Counting所带来的革新应用和潜力前景，艾迈斯欧司朗积极布局，288通道数的AS5920正是其用于Photon Counting接口的产品。据悉，AS5920的特点是四面可拼接，可以做3D的产品，也即无限的slice拼接，可以无限扩展。

当然Photon Counting的工艺特殊性也对厂家提出了不少挑战，例如整体的焊接工艺和可靠性。目前，Photon Counting因其高成本和高技术含量也只是几个大的玩家在参与。