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我国在TFT传感器技术重要突破:高分辨率与低放射剂量兼得

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发布:2021-03-11 15:55:12     来源:科技日报

说起胸片、CT类检查,你第一个反应是什么?很多人会说“怕有辐射”。

3月10日,记者获悉,我国在TFT(薄膜晶体管)传感器技术上实现了重要突破,中科爱锐基于该技术研发的X射线探测器芯片,应用在X射线医疗影像设备上,打破目前“高分辨率与低放射剂量不可兼得”的技术困局,可以降低放射剂量的同时,无损影像的高清晰度。

“该技术所采用的 TFT(薄膜晶体管)半导体传感器件技术具有创新性和先进性,在大面积、柔性材料等应用领域有性能和性价比优势,并且产能易于解决。该核心技术,技术路径清晰,能够占据产业发展的制高点,市场应用前景广阔。”北京大学深圳研究生院信息工程学院院长、深圳市TFT与先进显示重点实验室主任、教授张盛东表示。

让像素从“平房”变成了“二层楼房”

为什么一个小小的芯片可以影响X射线医疗影像设备的分辨率和放射剂量?

回答这个问题,将提到X射线影像技术的发展史。人类进入X射线数字医疗影像时代,基本上可以从上世纪90年代一家叫Trixell的公司研发出“TFT无源像素(PPS)传感器芯片”后起算。

目前,主流平板探测器使用的是以Trixell为代表的无源像素TFT传感器技术。

“每个传感器晶体管(像素)好比一间平房,平房中分设三个房间用来感应、存储和传输,但由于三个功能在同一水平维度,那么晶体管越小,分辨率越高,但用于感应的面积就越小,灵敏度会变差,也就是会出现灵敏度(放射剂量)与分辨率相矛盾的难题。”中山大学电子与信息工程学院教授王凯解释,所以,目前医院在用的主流X射线医疗影像设备,普遍存在“要看清影像则需要大剂量X射线,想减少X射线剂量则看不清影像”的两难困局。

“我们研发的新一代TFT传感器芯片核心技术,则从技术原理上实现了新的突破,让传感器晶体管从‘平房’变成了‘楼房’,让感应面积得到提升;同时,用单颗晶体管实现了传统三颗晶体管才能实现的‘有源像素’功能,即能够高强度地放大信号,这种能在TFT上实现的技术目前全世界仅此一家能做到。该技术应用在X射线医疗影像设备上,既能解决医生对高分辨率医学影像的需求,又能降低辐射剂量,可谓一举两得。”美国布朗大学博士、中科爱锐董事长桑钧晟说。

搭载新型TFT传感器的医疗影像设备有望年内入市

医学影像科的检查项目包括X线检查(各种拍片、造影、透视等)、CT检查、核磁共振检查(MRI),在X线和CT检查中都会使用到X射线,辐射无可避免,不过这些辐射剂量通常在安全范围内的。

虽说如此,作为经常与放射型设备打交道的医生们,还是希望辐射剂量尽可能地降低,毕竟曾有研究指出,即便是原来被认为是“安全”的辐射剂量,也会在小鼠体内促进癌变细胞生长。但是,降低放射剂量往往会对影像的分辨率有所折损。

那么,如何将高分辨率与低放射剂量融为一体,不再“此消彼长”,让“鱼和熊掌兼得”?

已有测试数据显示,新一代TFT传感器核心技术,性能已经赶超同类传感器技术,可以应用到多种X射线医疗影像设备中,特别对于需要搭载具有高分辨率、低剂量和快速动态响应的大面积平板探测器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。

王凯指出,这个技术对大众的价值在于大家在接受X射线类医学影像检查时,一方面,接收到的放射剂量将可以比现在降低一半以上,大家可以更放心地使用这种医疗诊断手段;另一方面,应用在高端医疗影像设备上,将可以看到比现在更为清晰的影像,对组织结构、图像细节与边界的辨识度更好。据介绍,基于该核心技术研发的新一代传感器芯片首先会应用于研发筛查乳腺癌的医疗影像部件及设备。

记者获悉,由我国自主研发的、即将面世的乳腺钼靶设备以及骨科应用设备,就使用了基于自有新一代TFT传感器芯片的平板探测器,其贯通了全产业链,缩短了底层核心技术突破转化成终端应用产品的时间和周期。

桑钧晟透露,搭载新一代TFT传感器核心技术的乳腺钼靶即将面世,骨科应用设备也正在进行研发,有望年内入市。

专家表示,现在X射线医疗影像设备已成为医疗服务的基础设施,其中平板探测器属于核心关键部件,直接关系到医疗影像设备的性能和质量,其核心底层技术主要涉及传感器芯片及信号处理等多方面。传感器是信息社会和大数据时代的核心关键部件之一,是重要的数据来源端口,其设计和制造属于新一代信息技术的底层核心硬科技。

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